Meteorologiaedytuj

Wczesne życie Daltona było pod wpływem wybitnego Kwakra, Elihu Robinsona, kompetentnego meteorologa i producenta instrumentów z Eaglesfield w Kumbrii, który zainteresował go problemami matematyki i meteorologii. Podczas swoich lat w Kendal, Dalton przyczynił się do rozwiązania problemów i odpowiadał na pytania na różne tematy w pamiętniku pań i pamiętniku dżentelmena. W 1787 roku w wieku 21 lat rozpoczął swój dziennik meteorologiczny, w którym w ciągu kolejnych 57 lat wprowadził ponad 200 000 obserwacji. W tym czasie odkrył na nowo teorię cyrkulacji atmosfery (znaną obecnie jako komórka Hadleya) George ’ a Hadleya. W 1793 pierwsza publikacja Daltona, „meteorologiczne obserwacje i eseje”, zawierała zalążki kilku jego późniejszych odkryć, ale pomimo oryginalności jego leczenia, inni uczeni nie zwracali na nie uwagi. Druga praca Daltona, Elements of English Grammar (or a new system of grammatical instruction: for the use of schools and academies), została opublikowana w 1801 roku.

mierzenie góredytuj

Po opuszczeniu Lake District, Dalton co roku wracał, aby spędzić wakacje studiując meteorologię, co wymagało wielu spacerów po górach. Do czasu pojawienia się samolotów i balonów pogodowych jedynym sposobem dokonywania pomiarów temperatury i wilgotności na wysokości było wspinanie się na górę. Dalton oszacował wysokość za pomocą barometru. Ordnance Survey nie opublikowało map dla Pojezierza aż do 1860 roku. wcześniej Dalton był jednym z niewielu władz na wzgórzach regionu. Często towarzyszył mu Jonathan Otley, który również dokonał badania wysokości lokalnych szczytów, wykorzystując dane Daltona jako porównanie do sprawdzenia swoich prac. Otley opublikował swoje informacje na mapie z 1818 roku. Otley stał się zarówno asystentem, jak i przyjacielem Daltona.

ślepota Barwaedytuj

w 1794 roku, krótko po przyjeździe do Manchesteru, Dalton został wybrany członkiem Towarzystwa Literackiego i filozoficznego w Manchesterze, „Lit& Phil”, a kilka tygodni później przedstawił swoją pierwszą pracę na temat „nadzwyczajnych faktów dotyczących widzenia kolorów”, w której postulował, że brak percepcji kolorów jest spowodowany przebarwieniem płynnego medium gałki ocznej. Ponieważ zarówno on, jak i jego brat byli ślepi na kolor, uznał, że warunek musi być dziedziczny.

chociaż teoria Daltona straciła wiarę w jego życiu, dokładna i metodyczna natura jego badań nad jego problemem wzrokowym była tak szeroko uznawana, że daltonizm stał się powszechnym terminem ślepoty kolorów. Badanie jego zachowanej gałki ocznej w 1995 wykazało, że Dalton miał mniej powszechny rodzaj ślepoty barw, deuteroanopię, w której brakuje stożków czułych na średnią długość fali (zamiast funkcjonować ze zmutowaną formą pigmentu, jak w najczęstszym typie ślepoty barw, deuteroanomalii). Oprócz niebieskiego i fioletowego spektrum optycznego był w stanie rozpoznać tylko jeden kolor, żółty, lub, jak powiedział w artykule,

ta część obrazu, którą inni nazywają czerwonym, wydaje mi się nieco więcej niż cieniem lub defektem światła; po tym pomarańczowy, żółty i zielony wydają się jednym kolorem, który dość równomiernie z intensywnego do rzadkiego żółtego, tworząc to, co powinienem nazwać różnymi odcieniami żółtego.

Prawo gazowe

profile in Chemistry:How John Dalton 's meteorological studies led to discovery of atoms on YouTube, Chemical Heritage Foundation

W 1800 roku Dalton został sekretarzem Manchester Literary and Philosophical Society, aw następnym roku przedstawił ważną serię wykładów, zatytułowaną „Experimental Essays” on the constitution of mixed gases; ciśnienie pary i innych par w różnych temperaturach w próżni i w powietrzu; na parowanie; i na rozszerzalność cieplną gazów. Cztery eseje, przedstawione między 2 a 30 października 1801, zostały opublikowane w „Memoirs of the Literary and Philosophical Society of Manchester” w 1802.

drugi esej otwiera Uwaga,

nie ma wątpliwości co do redukowalności wszystkich płynów elastycznych jakiegokolwiek rodzaju, do płynów; i nie powinniśmy rozpaczać nad wpływem tego w niskich temperaturach i silnym ciśnieniu wywieranym na niezmieszane gazy.

po opisaniu eksperymentów mających na celu ustalenie ciśnienia pary w różnych punktach między 0 a 100 °C (32 a 212 °F), Dalton doszedł do wniosku na podstawie obserwacji prężności par sześciu różnych cieczy, że zmiana prężności par dla wszystkich cieczy jest równoważna, dla tej samej zmiany temperatury, licząc od pary o dowolnym ciśnieniu.

w czwartym eseju zauważa,

nie widzę wystarczającego powodu, dla którego nie możemy wnioskować, że wszystkie płyny sprężyste pod tym samym ciśnieniem rozszerzają się równo przez ciepło—i że dla danego rozprężania rtęci odpowiednie rozprężanie powietrza jest proporcjonalnie czymś mniejszym, im wyższa temperatura. … Wydaje się zatem, że ogólne prawa odnoszące się do absolutnej ilości i natury ciepła są bardziej prawdopodobne, że wywodzą się z płynów elastycznych niż z innych substancji.

ogłosił prawo Gay-Lussaca, opublikowane w 1802 roku przez Josepha Louisa Gay-Lussaca (Gay-Lussac przypisał odkrycie niepublikowanym pracom Jacques ’ a Charlesa z 1780 roku). W ciągu dwóch lub trzech lat po wykładach Dalton opublikował kilka prac na podobne tematy. „On the Absorption of Gases by Water and other Liquids” (czytane jako wykład z 21 października 1803, po raz pierwszy opublikowane w 1805) zawierało jego prawo ciśnień cząstkowych znane obecnie jako prawo Daltona.

teoria Atomówedytuj

najważniejsze ze wszystkich badań Daltona dotyczą teorii atomów w chemii. Chociaż jego nazwisko jest nierozerwalnie związane z tą teorią, pochodzenie teorii atomowej Daltona nie jest do końca zrozumiałe. Teoria ta może być sugerowana przez badania nad etylenem (Gaz olefiant) i metanem (Wodór gaźnikowy) lub przez Analizę podtlenku azotu (protoksyd azotu) i dwutlenku azotu (deutoksyd azotu), oba poglądy opierają się na autorytecie Thomasa Thomsona.

w latach 1814-1819 Irlandzki chemik William Higgins twierdził, że Dalton splagiatował swoje pomysły, ale teoria Higginsa nie dotyczyła względnej masy atomowej. Jednak ostatnie dowody sugerują, że rozwój myśli Daltona mógł być pod wpływem pomysłów innego irlandzkiego chemika Bryana Higginsa, który był wujem Williama. Bryan uważał, że atom jest ciężką cząstką centralną otoczoną atmosferą kaloryczną, domniemaną substancją ciepła w tym czasie. Wielkość atomu została określona przez średnicę atmosfery kalorycznej. Opierając się na dowodach, Dalton był świadomy teorii Bryana i przyjął bardzo podobne idee i język, ale nigdy nie uznał oczekiwania Bryana na jego model kaloryczny. Jednak istotną nowością teorii atomowej Daltona jest to, że dostarczył on metodę obliczania względnej masy atomowej dla pierwiastków chemicznych, czego ani Bryan, ani William Higgins nie zrobili; jego priorytet dla tego kluczowego kroku jest bezsporny.

badanie notatników laboratoryjnych Daltona, odkrytych w pomieszczeniach Manchester Literary and Philosophical Society, doszło do wniosku, że Dalton nie był kierowany przez jego poszukiwania wyjaśnienia prawa wielorakich proporcji do idei, że kombinacja chemiczna polega na interakcji atomów o określonej i charakterystycznej wadze, idea atomów powstała w jego umyśle jako czysto fizyczna koncepcja, wymuszona na nim przez badanie fizycznych właściwości atmosfery i innych gazów. Pierwsze opublikowane wskazania tego pomysłu znajdują się na końcu wspomnianego już artykułu „on the Absorption of Gases by Water and other Liquids”. Tam pisze:

Dlaczego woda nie dopuszcza do siebie WSZYSTKICH rodzajów gazu? To pytanie należycie rozważyłem i chociaż nie jestem w stanie całkowicie się zadowolić, jestem prawie przekonany, że okoliczność zależy od wagi i liczby ostatecznych cząstek kilku gazów.

następnie proponuje względne wagi dla atomów kilku pierwiastków, bez wchodzenia w dalsze szczegóły. Jednak ostatnie badania nad zapisami w notatniku laboratoryjnym Daltona wykazały, że opracował chemiczną teorię atomową w 1803 roku, aby pogodzić dane analityczne Cavendisha i Lavoisiera na temat składu kwasu azotowego, a nie wyjaśniać rozpuszczalność gazów w wodzie.

główne punkty teorii atomowej Daltona, w miarę jej rozwoju, to:

1. elementy zbudowane są z bardzo małych cząstek zwanych atomami.
2. Atomy danego pierwiastka są identyczne pod względem wielkości, masy i innych właściwości; atomy różnych pierwiastków różnią się wielkością, masą i innymi właściwościami.
3. Atomy nie mogą być dzielone, tworzone ani niszczone.
4. atomy różnych pierwiastków łączą się w prostych proporcjach liczby całkowitej tworząc związki chemiczne.
5. w reakcjach chemicznych atomy są łączone, rozdzielane lub przestawiane.

w swojej pierwszej rozszerzonej opublikowanej dyskusji o teorii atomowej (1808) Dalton zaproponował dodatkową (i kontrowersyjną) „regułę największej prostoty”. Zasada ta nie mogła być niezależnie potwierdzona, ale pewne takie założenie było konieczne do zaproponowania wzorów dla kilku prostych cząsteczek, od których zależało obliczanie masy atomowej. Zasada ta dyktowała, że jeśli Atomy dwóch różnych pierwiastków były znane z tworzenia tylko jednego związku, jak wodór i tlen tworzące wodę lub wodór i azot tworzące amoniak, przyjmuje się, że cząsteczki tego związku składają się z jednego atomu każdego pierwiastka. W przypadku pierwiastków, które łączą się w wielu proporcjach, takich jak wtedy znane dwa tlenki węgla lub trzy tlenki azotu, ich kombinacje przyjęto za najprostsze z możliwych. Na przykład, jeśli znane są dwie takie kombinacje, jedna musi składać się z atomu każdego elementu, a druga musi składać się z jednego atomu jednego elementu i dwóch atomów drugiego.

było to jedynie założenie, wywodzące się z wiary w prostotę natury. Naukowcy nie dysponowali wówczas żadnymi dowodami, aby wydedukować, ile atomów każdego pierwiastka łączy się, tworząc cząsteczki. Ale ta lub inna taka reguła była absolutnie konieczna w każdej początkowej teorii, ponieważ do obliczenia względnych mas atomowych potrzebny był zakładany Wzór cząsteczkowy. „Zasada największej prostoty” Daltona spowodowała, że zakładał, że wzór na wodę to OH, a amoniak to NH, zupełnie inny od naszego współczesnego rozumienia (H2O, NH3). Z drugiej strony, jego zasada prostoty skłoniła go do zaproponowania prawidłowych nowoczesnych formuł dla dwóch tlenków węgla (CO i CO2). Pomimo niepewności leżącej u podstaw teorii atomowej Daltona, zasady tej teorii przetrwały.

masy Atomoweedit

różne atomy i cząsteczki, jak przedstawiono w Nowym Systemie filozofii chemicznej Johna Daltona (1808).

Dalton opublikował swoją pierwszą tabelę względnych mas atomowych zawierających sześć pierwiastków (wodór, tlen, azot, węgiel, siarkę i fosfor), w stosunku do masy atomu wodoru przyjętego umownie jako 1. Ponieważ były to tylko względne wagi, nie mają do nich dołączonej jednostki wagi. Dalton nie wskazywał w tym artykule, w jaki sposób doszedł do tych liczb, ale w swoim notatniku laboratoryjnym, datowanym na 6 września 1803, znajduje się lista, w której określił względne masy atomów wielu pierwiastków, pochodzące z analizy wody, amoniaku, dwutlenku węgla itp. przez ówczesnych chemików.

Rozszerzenie tego pomysłu na substancje w ogóle koniecznie doprowadziło go do prawa wielorakich proporcji, a porównanie z eksperymentem genialnie potwierdziło jego dedukcję. W artykule „on the Proportion of the Several Gases in the Atmosphere”, przeczytanym przez niego w listopadzie 1802, prawo wielorakich proporcji wydaje się być przewidywane w słowach:

pierwiastki tlenu mogą łączyć się z pewną częścią azotu lub z dwukrotnie większą częścią, ale bez ilości pośredniej.

ale istnieją podstawy, aby podejrzewać, że zdanie to mogło zostać dodane jakiś czas po przeczytaniu artykułu, który nie został opublikowany aż do 1805 roku.

związki zostały wymienione jako binarne, trójdzielne, czwartorzędowe itp. (cząsteczki złożone z dwóch, trzech, czterech itd. atomów) w Nowym Systemie filozofii chemicznej w zależności od liczby atomów związek miał w swojej najprostszej, empirycznej formie.

Dalton wysunął hipotezę, że struktura związków może być reprezentowana w proporcjach liczb całkowitych. Jeden atom pierwiastka X łączący się z jednym atomem pierwiastka Y jest związkiem binarnym. Ponadto jeden atom pierwiastka X łączący się z dwoma atomami pierwiastka Y lub odwrotnie, jest związkiem trójskładnikowym. Wiele z pierwszych związków wymienionych w Nowym Systemie filozofii chemicznej odpowiada współczesnym poglądom, choć wiele innych nie.

Dalton używał własnych symboli do wizualnego przedstawienia struktury atomowej związków. Zostały one przedstawione w Nowym Systemie filozofii chemicznej, gdzie wymienił 21 pierwiastków i 17 prostych cząsteczek.

Inne badaniaedytuj

Dalton opublikował artykuły na tak różne tematy, jak deszcz i Rosa oraz pochodzenie źródeł (hydrosfera); na ciepło, Kolor nieba, parę oraz odbicie i załamanie światła; oraz na tematy gramatyczne czasowników posiłkowych i imiesłowów języka angielskiego.

podejście Eksperymentalnedytuj

jako badacz, Dalton często zadowalał się szorstkimi i niedokładnymi instrumentami, chociaż lepsze były dostępne. Sir Humphry Davy opisał go jako „bardzo szorstkiego Eksperymentatora”, który ” prawie zawsze odnajdywał wymagane wyniki, ufając raczej głowie niż dłoniom.”Z drugiej strony historycy, którzy powtórzyli niektóre z jego kluczowych eksperymentów, potwierdzili umiejętności i precyzję Daltona.

w przedmowie do drugiej części tomu I jego nowego systemu mówi, że tak często był wprowadzany w błąd, biorąc za pewnik wyniki innych, że postanowił napisać „tak mało, jak to możliwe, ale co mogę potwierdzić własnym doświadczeniem”, ale ta niezależność niosła tak daleko, że czasami przypominała brak wrażliwości. W ten sposób nie ufał i prawdopodobnie nigdy w pełni nie zaakceptował wniosków Gay-Lussaca dotyczących łączenia objętości gazów.

miał niekonwencjonalne poglądy na temat chloru. Nawet po tym, jak jego elementarny charakter został ustalony przez Davy ’ ego, utrzymywał się przy użyciu ciężarów atomowych, które sam przyjął, nawet gdy zostały one zastąpione przez dokładniejsze oznaczenia innych chemików.

zawsze sprzeciwiał się zapisowi chemicznemu opracowanemu przez Jönsa Jakoba Berzeliusa, chociaż większość uważała, że jest on znacznie prostszy i wygodniejszy niż jego własny, uciążliwy system okrągłych symboli.