Meteorologiaedit

I primi anni di vita di Dalton furono influenzati da un eminente quacchero, Elihu Robinson, un meteorologo competente e produttore di strumenti, di Eaglesfield, Cumbria, che lo interessò ai problemi della matematica e della meteorologia. Durante i suoi anni a Kendal, Dalton ha contribuito soluzioni ai problemi e ha risposto alle domande su vari argomenti nel Diario delle signore e il diario del gentiluomo. Nel 1787 all’età di 21 anni iniziò il suo diario meteorologico in cui, durante i successivi 57 anni, entrò in più di 200.000 osservazioni. Ha riscoperto la teoria di George Hadley della circolazione atmosferica (ora conosciuta come la cella di Hadley) in questo periodo. Nel 1793 la prima pubblicazione di Dalton, Meteorological Observations and Essays, conteneva i semi di molte delle sue scoperte successive, ma nonostante l’originalità del suo trattamento, poca attenzione fu prestata ad esse da altri studiosi. Una seconda opera di Dalton, Elements of English Grammar (o A new system of grammatical instruction: for the use of schools and academies), fu pubblicata nel 1801.

Measuring Mountains

Dopo aver lasciato il Lake District, Dalton tornò ogni anno per trascorrere le sue vacanze studiando meteorologia, cosa che comportava molte passeggiate in collina. Fino all’avvento degli aerei e dei palloni meteorologici, l’unico modo per misurare la temperatura e l’umidità in quota era scalare una montagna. Dalton ha stimato l’altezza usando un barometro. L’Ordnance Survey non pubblicò mappe per il Lake District fino al 1860. Prima di allora, Dalton era una delle poche autorità sulle alture delle montagne della regione. Fu spesso accompagnato da Jonathan Otley, che fece anche uno studio delle altezze delle vette locali, usando le figure di Dalton come confronto per controllare il suo lavoro. Otley pubblicò le sue informazioni nella sua mappa del 1818. Otley divenne sia un assistente che un amico di Dalton.

Colore blindnessEdit

Nel 1794, poco dopo il suo arrivo a Manchester, Dalton è stato eletto membro del Manchester Letterario e Filosofico Società, la “Illuminato & Phil”, e poche settimane più tardi, ha comunicato il suo primo articolo su “fatti Straordinari relativi alla visione dei colori”, in cui egli postulò che la carenza nella percezione dei colori è stata causata da alterazione del colore del mezzo liquido del bulbo oculare. Poiché sia lui che suo fratello erano daltonici, riconobbe che la condizione doveva essere ereditaria.

Sebbene la teoria di Dalton abbia perso credibilità nella sua vita, la natura approfondita e metodica della sua ricerca sul suo problema visivo è stata così ampiamente riconosciuta che il Daltonismo è diventato un termine comune per daltonismo. L’esame del suo bulbo oculare conservato nel 1995 ha dimostrato che Dalton aveva un tipo meno comune di daltonismo, deuteroanopia, in cui mancano coni sensibili a media lunghezza d’onda (piuttosto che funzionare con una forma mutata di pigmento, come nel tipo più comune di daltonismo, deuteroanomalia). Oltre il blu e il viola dello spettro ottico era solo in grado di riconoscere un colore, il giallo, o, come egli ha detto in una carta,

la parte dell’immagine che gli altri chiamano rosso, mi sembra poco più di un ombra, o difetto di luce; dopo che l’arancio, il giallo e il verde sembra un colore, che scende abbastanza uniformemente da una intensa per una rara giallo, facendo quello che dovrei chiamare diverse tonalità di giallo.

Gas lawsEdit

Profili in Chimica:Come John Dalton meteo di studi hanno portato alla scoperta di atomi su YouTube, Chemical Heritage Foundation

Nel 1800, Dalton divenne segretario del Manchester Letterari e Filosofici della Società, e l’anno seguente ha presentato una importante serie di conferenze, dal titolo “Sperimentale Saggi” sulla costituzione di miscele di gas; la pressione del vapore e di altri vapori a diverse temperature nel vuoto e nell’aria; sull’evaporazione; e sulla dilatazione termica dei gas. I quattro saggi, presentati tra il 2 e il 30 ottobre 1801, furono pubblicati nelle Memorie della Literary and Philosophical Society of Manchester nel 1802.

Il secondo saggio si apre con l’osservazione,

Difficilmente ci può essere un dubbio sulla riducibilità di tutti i fluidi elastici di qualsiasi tipo, in liquidi; e non dobbiamo disperare di effettuarlo a basse temperature e da forti pressioni esercitate sui gas non miscelati ulteriormente.

Dopo la descrizione degli esperimenti per verificare la pressione di vapore in vari punti tra 0 e 100 °C (32 e 212 °F), Dalton ha concluso dalle osservazioni della pressione di vapore di sei diversi liquidi, che la variazione della pressione di vapore per tutti i liquidi è equivalente, per la stessa variazione di temperatura, reckoning dal vapore di una data pressione.

Nel quarto saggio, egli osserva,

” non vedo nessun motivo sufficiente perché non possiamo concludere che tutti i fluidi elastici sotto la stessa pressione di espandere in modo eguale calore e che per ogni espansione di mercurio, la corrispondente espansione dell’aria, in proporzione è qualcosa di meno, maggiore è la temperatura. … Sembra, quindi, che le leggi generali che rispettano la quantità assoluta e la natura del calore, siano più probabili derivare da fluidi elastici che da altre sostanze.

Enunciò la legge di Gay-Lussac, pubblicata nel 1802 da Joseph Louis Gay-Lussac (Gay-Lussac accreditò la scoperta a lavori inediti del 1780 di Jacques Charles). Nei due o tre anni successivi alle lezioni, Dalton ha pubblicato diversi articoli su argomenti simili. “On the Absorption of Gass by Water and other Liquids” (leggi come una conferenza del 21 ottobre 1803, pubblicata per la prima volta nel 1805) conteneva la sua legge delle pressioni parziali ora nota come legge di Dalton.

Teoria atomicamodifica

La più importante di tutte le indagini di Dalton riguarda la teoria atomica in chimica. Mentre il suo nome è inseparabilmente associato a questa teoria, l’origine della teoria atomica di Dalton non è completamente compresa. La teoria potrebbe essere stata suggerita da ricerche su etilene (gas olefiante) e metano (idrogeno carburato) o dall’analisi del protossido di azoto (protossido di azoto) e biossido di azoto (deutossido di azoto), entrambi i punti di vista poggiano sull’autorità di Thomas Thomson.

Dal 1814 al 1819, il chimico irlandese William Higgins affermò che Dalton aveva plagiato le sue idee, ma la teoria di Higgins non affrontava la massa atomica relativa. Tuttavia, prove recenti suggeriscono che lo sviluppo del pensiero di Dalton potrebbe essere stato influenzato dalle idee di un altro chimico irlandese Bryan Higgins, che era lo zio di William. Bryan credeva che un atomo fosse una particella centrale pesante circondata da un’atmosfera di caloria, la presunta sostanza del calore all’epoca. La dimensione dell’atomo era determinata dal diametro dell’atmosfera calorica. Sulla base delle prove, Dalton era a conoscenza della teoria di Bryan e adottò idee e linguaggi molto simili, ma non riconobbe mai l’anticipazione di Bryan del suo modello calorico. Tuttavia, la novità essenziale della teoria atomica di Dalton è che ha fornito un metodo di calcolo dei pesi atomici relativi per gli elementi chimici, qualcosa che né Bryan né William Higgins hanno fatto; la sua priorità per quel passaggio cruciale è incontrastata.

Uno studio di Dalton e di laboratorio notebook, scoperto nelle sale del Manchester Letterari e Filosofici della Società, che ha concluso così lontano da Dalton essere guidati dalla sua ricerca di una spiegazione della legge di più le proporzioni con l’idea che la combinazione chimica consiste nell’interazione di atomi di preciso e caratteristico peso, l’idea di atomi sorse nella sua mente come un concetto puramente fisico, costretto su di lui mediante lo studio delle proprietà fisiche dell’atmosfera e di altri gas. Le prime indicazioni pubblicate di questa idea si trovano alla fine del suo articolo “Sull’assorbimento dei gas da parte dell’acqua e di altri liquidi” già menzionato. Lì dice:

Perché l’acqua non ammette la sua massa di ogni tipo di gas allo stesso modo? Questa domanda ho debitamente considerato, e anche se non sono in grado di soddisfarmi completamente sono quasi convinto che la circostanza dipende dal peso e dal numero delle particelle ultime dei diversi gas.

Propone quindi pesi relativi per gli atomi di alcuni elementi, senza entrare nel dettaglio. Tuttavia, un recente studio delle voci del taccuino di laboratorio di Dalton conclude che ha sviluppato la teoria chimica atomica nel 1803 per riconciliare i dati analitici di Cavendish e Lavoisier sulla composizione dell’acido nitrico, non per spiegare la solubilità dei gas nell’acqua.

I punti principali della teoria atomica di Dalton, come si sviluppò alla fine, sono:

1. Gli elementi sono fatti di particelle estremamente piccole chiamate atomi.
2. Gli atomi di un dato elemento sono identici per dimensioni, massa e altre proprietà; gli atomi di diversi elementi differiscono per dimensioni, massa e altre proprietà.
3. Gli atomi non possono essere suddivisi, creati o distrutti.
4. Atomi di diversi elementi si combinano in semplici rapporti di numeri interi per formare composti chimici.
5. Nelle reazioni chimiche, gli atomi sono combinati, separati o riorganizzati.

Nella sua prima estesa discussione pubblicata sulla teoria atomica (1808), Dalton propose un’ulteriore (e controversa) “regola della massima semplicità”. Questa regola non poteva essere confermata in modo indipendente, ma alcune di queste ipotesi erano necessarie per proporre formule per alcune semplici molecole, da cui dipendeva il calcolo dei pesi atomici. Questa regola dettava che se gli atomi di due elementi diversi erano noti per formare un solo composto, come idrogeno e ossigeno che formano acqua o idrogeno e azoto che formano ammoniaca, le molecole di quel composto si presume siano costituite da un atomo di ciascun elemento. Per gli elementi che si combinavano in rapporti multipli, come i due ossidi di carbonio allora noti o i tre ossidi di azoto, si presumeva che le loro combinazioni fossero le più semplici possibili. Ad esempio, se sono note due di queste combinazioni, una deve essere costituita da un atomo di ciascun elemento e l’altra deve essere costituita da un atomo di un elemento e due atomi dell’altro.

Questa era solo un’ipotesi, derivata dalla fede nella semplicità della natura. Nessuna prova era quindi disponibile per gli scienziati per dedurre quanti atomi di ciascun elemento si combinano per formare molecole. Ma questa o qualche altra regola del genere era assolutamente necessaria per qualsiasi teoria incipiente, dal momento che era necessaria una formula molecolare presunta per calcolare i pesi atomici relativi. La “regola della massima semplicità” di Dalton gli ha fatto supporre che la formula per l’acqua fosse OH e l’ammoniaca fosse NH, molto diversa dalla nostra comprensione moderna (H2O, NH3). D’altra parte, la sua regola di semplicità lo ha portato a proporre le formule moderne corrette per i due ossidi di carbonio (CO e CO2). Nonostante l’incertezza al centro della teoria atomica di Dalton, i principi della teoria sopravvissero.

Peso atomicomodifica

Vari atomi e molecole come descritto in A New System of Chemical Philosophy di John Dalton (1808).

Dalton pubblicò la sua prima tabella di pesi atomici relativi contenenti sei elementi (idrogeno, ossigeno, azoto, carbonio, zolfo e fosforo), relativi al peso di un atomo di idrogeno convenzionalmente preso come 1. Poiché questi erano solo pesi relativi, non hanno un’unità di peso ad essi collegata. Dalton fornito alcuna indicazione in questo documento come egli era arrivato a questi numeri, ma nel suo quaderno di laboratorio, datato 6 settembre 1803, è un elenco in cui ha stabilito i pesi relativi degli atomi di un certo numero di elementi, derivati da analisi di acqua, ammoniaca, anidride carbonica, ecc. dai chimici del tempo.

L’estensione di questa idea alle sostanze in generale lo portò necessariamente alla legge delle proporzioni multiple, e il confronto con l’esperimento confermò brillantemente la sua deduzione. Nel documento “Sulla proporzione dei diversi gas nell’atmosfera”, letto da lui nel novembre 1802, la legge delle proporzioni multiple sembra essere anticipata nelle parole:

Gli elementi di ossigeno possono combinarsi con una certa porzione di gas nitroso o con il doppio di quella porzione, ma senza quantità intermedia.

Ma c’è motivo di sospettare che questa frase possa essere stata aggiunta qualche tempo dopo la lettura del documento, che non è stato pubblicato fino al 1805.

I composti erano elencati come binari, ternari, quaternari,ecc. (molecole composte da due, tre, quattro, ecc. atomi) nel Nuovo sistema di filosofia chimica a seconda del numero di atomi che un composto aveva nella sua forma più semplice ed empirica.

Dalton ha ipotizzato che la struttura dei composti possa essere rappresentata in rapporti di numeri interi. Quindi, un atomo dell’elemento X che si combina con un atomo dell’elemento Y è un composto binario. Inoltre, un atomo dell’elemento X che si combina con due atomi dell’elemento Y o viceversa, è un composto ternario. Molti dei primi composti elencati nel Nuovo Sistema di Filosofia chimica corrispondono alle opinioni moderne, sebbene molti altri no.

Dalton ha usato i suoi simboli per rappresentare visivamente la struttura atomica dei composti. Sono stati raffigurati nel Nuovo Sistema di filosofia chimica, dove ha elencato 21 elementi e 17 molecole semplici.

Altre investigazionimodifica

Dalton pubblicò articoli su argomenti diversi come la pioggia e la rugiada e l’origine delle sorgenti (idrosfera); sul calore, il colore del cielo, il vapore e la riflessione e rifrazione della luce; e sui soggetti grammaticali dei verbi ausiliari e dei participi della lingua inglese.

Approccio sperimentale

Come investigatore, Dalton si accontentava spesso di strumenti approssimativi e imprecisi, anche se erano ottenibili strumenti migliori. Sir Humphry Davy lo ha descritto come “uno sperimentatore molto grossolano”, che ” ha quasi sempre trovato i risultati richiesti, confidando nella sua testa piuttosto che nelle sue mani.”D’altra parte, gli storici che hanno replicato alcuni dei suoi esperimenti cruciali hanno confermato l’abilità e la precisione di Dalton.

Nella prefazione alla seconda parte del volume I del suo Nuovo Sistema, dice di essere stato così spesso fuorviato dando per scontati i risultati degli altri che ha deciso di scrivere “il meno possibile ma ciò che posso attestare dalla mia esperienza”, ma questa indipendenza ha portato così lontano che a volte assomigliava alla mancanza di ricettività. Quindi diffidò, e probabilmente non accettò mai pienamente, le conclusioni di Gay-Lussac sulla combinazione di volumi di gas.

Ha tenuto opinioni non convenzionali sul cloro. Anche dopo che il suo carattere elementare era stato risolto da Davy, persisteva nell’usare i pesi atomici che lui stesso aveva adottato, anche quando erano stati sostituiti dalle determinazioni più accurate di altri chimici.

Si oppose sempre alla notazione chimica ideata da Jöns Jakob Berzelius, sebbene la maggior parte pensasse che fosse molto più semplice e conveniente del suo ingombrante sistema di simboli circolari.