Meteorologiedit

Daltons tidiga liv påverkades av en framstående Quaker, Elihu Robinson, en kompetent meteorolog och instrumenttillverkare, från Eaglesfield, Cumbria, som intresserade honom i problem med matematik och meteorologi. Under sina år i Kendal bidrog Dalton med lösningar på problem och svarade på frågor om olika ämnen i Ladies’ Diary och Gentleman ’ s Diary. År 1787 vid 21 års ålder började han sin meteorologiska dagbok där han under de efterföljande 57 åren gick in i mer än 200 000 observationer. Han återupptäckte George Hadleys teori om atmosfärisk cirkulation (nu känd som Hadley-cellen) runt denna tid. 1793 Daltons första publikation, Meteorological Observations and Essays, innehöll frön från flera av hans senare upptäckter men trots originaliteten i hans behandling ägnades lite uppmärksamhet åt dem av andra forskare. Ett andra verk av Dalton, Elements of English Grammar (eller ett nytt system för grammatisk instruktion: för användning av skolor och akademier), publicerades 1801.

mätning mountainsEdit

Efter att ha lämnat Lake District återvände Dalton årligen för att tillbringa sin semester med att studera meteorologi, något som innebar mycket bergsvandring. Fram till tillkomsten av flygplan och väderballonger var det enda sättet att göra mätningar av temperatur och fuktighet på höjden att klättra upp på ett berg. Dalton uppskattade höjden med en barometer. Ordnance Survey publicerade inte kartor för Lake District förrän på 1860-talet. innan dess var Dalton en av få myndigheter på höjderna i regionens berg. Han åtföljdes ofta av Jonathan Otley, som också gjorde en studie av höjderna på de lokala topparna, med hjälp av Daltons siffror som en jämförelse för att kontrollera hans arbete. Otley publicerade sin information på sin karta över 1818. Otley blev både assistent och vän till Dalton.

Färgblindnessedit

1794, strax efter sin ankomst till Manchester, valdes Dalton till medlem i Manchester Literary and Philosophical Society, ”Lit& Phil”, och några veckor senare kommunicerade han sitt första papper om ”extraordinära fakta om visionen om färger”, där han postulerade att brist på färguppfattning orsakades av missfärgning av ögonglobens flytande medium. Eftersom både han och hans bror var färgblinda insåg han att tillståndet måste vara ärftligt.även om Daltons teori förlorade tilltro under sin livstid, var den grundliga och metodiska karaktären av hans forskning om hans visuella problem så allmänt erkänd att Daltonism blev en vanlig term för färgblindhet. Undersökning av hans bevarade ögonglob 1995 visade att Dalton hade en mindre vanlig typ av färgblindhet, deuteroanopia, där medelvåglängdskänsliga kottar saknas (snarare än att fungera med en muterad form av pigment, som i den vanligaste typen av färgblindhet, deuteroanomaly). Förutom det blå och lila av det optiska spektrumet kunde han bara känna igen en färg, gul eller, som han sa i ett papper,

den del av bilden som andra kallar röd, förefaller mig lite mer än en nyans eller ljusdefekt; efter det verkar orange, gult och grönt en färg, som faller ganska jämnt från en intensiv till en sällsynt gul, vilket gör vad jag ska kalla olika nyanser av gult.

gas lawsEdit

profiler i kemi: hur John Daltons meteorologiska studier ledde till upptäckten av atomer på YouTube, Chemical Heritage Foundation

år 1800 blev Dalton sekreterare för Manchester Literary and Philosophical Society, och året därpå presenterade han en viktig serie föreläsningar med titeln ”experimentella uppsatser” om konstitutionen av blandade gaser; ångtrycket och andra ångor vid olika temperaturer i vakuum och i luft, vid avdunstning och vid termisk expansion av gaser. De fyra uppsatserna, som presenterades mellan 2 och 30 oktober 1801, publicerades i memoarerna från The Literary and Philosophical Society of Manchester 1802.

den andra uppsatsen öppnas med anmärkningen,

det kan knappast vara ett tvivel om att respektera reducerbarheten hos alla elastiska vätskor av vilket slag som helst, till vätskor; och vi borde inte förtvivla att påverka det vid låga temperaturer och genom starka tryck som utövas på de oblandade gaserna ytterligare.

Efter att ha beskrivit experiment för att fastställa ångtrycket vid olika punkter mellan 0 och 100 CCR (32 och 212 CCR F), drog Dalton slutsatsen av observationer av ångtrycket i sex olika vätskor, att variationen av ångtrycket för alla vätskor är ekvivalent, för samma temperaturvariation, beräkning från ånga av ett givet tryck.

i den fjärde uppsatsen påpekar han,

Jag ser ingen tillräcklig anledning till att vi kanske inte drar slutsatsen att alla elastiska vätskor under samma tryck expanderar lika med värme—och att för en given expansion av kvicksilver är motsvarande expansion av luft proportionellt något mindre, ju högre temperatur. … Det verkar därför att allmänna lagar som respekterar den absoluta kvantiteten och värmens natur är mer benägna att härledas från elastiska vätskor än från andra ämnen.

Han uttalade Gay-Lussacs lag, publicerad 1802 av Joseph Louis Gay-Lussac (Gay-Lussac krediterade upptäckten till opublicerat arbete från 1780-talet av Jacques Charles). Under de två eller tre åren efter föreläsningarna publicerade Dalton flera artiklar om liknande ämnen. ”Om Absorption av gaser med vatten och andra vätskor” (läs som en föreläsning den 21 oktober 1803, först publicerad 1805) innehöll hans lag om partialtryck nu känd som Daltons lag.

Atomteoryedit

den viktigaste av alla Daltons undersökningar handlar om atomteorin i kemi. Medan hans namn är oskiljaktigt associerat med denna teori, är ursprunget till Daltons atomteori inte helt förstått. Teorin kan ha föreslagits för honom antingen genom undersökningar om eten (olefiant gas) och metan (förgasat väte) eller genom analys av kväveoxid (protoxid av azote) och kvävedioxid (deutoxid av azote), båda synpunkterna vilar på Thomas Thomsons auktoritet.

från 1814 till 1819 hävdade den irländska kemisten William Higgins att Dalton hade plagierat sina tankar, men Higgins teori behandlade inte relativ atommassa. Nya bevis tyder dock på att Daltons tankeutveckling kan ha påverkats av ideerna från en annan Irländsk kemist Bryan Higgins, som var Williams farbror. Bryan trodde att en atom var en tung central partikel omgiven av en atmosfär av kalori, den förmodade substansen av värme vid den tiden. Atomens storlek bestämdes av kaloriatmosfärens diameter. Baserat på bevisen var Dalton medveten om Bryans teori och antog mycket liknande tankar och språk, men han erkände aldrig Bryans förväntan på sin kalorimodell. Den väsentliga nyheten i Daltons atomteori är dock att han tillhandahöll en metod för att beräkna relativa atomvikter för de kemiska elementen, något som varken Bryan eller William Higgins gjorde; hans prioritet för det avgörande steget är obestridd.

en studie av Daltons Laboratory notebooks, upptäckt i rummen i Manchester Literary and Philosophical Society, drog slutsatsen att så långt från Dalton leddes av hans sökande efter en förklaring av lagen om flera proportioner till tanken att kemisk kombination består i interaktionen mellan atomer av bestämd och karakteristisk vikt, uppstod tanken på atomer i hans sinne som ett rent fysiskt begrepp, tvingat på honom genom att studera atmosfärens och andra gasers fysikaliska egenskaper. De första publicerade indikationerna på denna tanke finns i slutet av hans papper ”om Absorption av gaser med vatten och andra vätskor” som redan nämnts. Där säger han:

Varför tillåter inte vatten sin största del av alla typer av gas lika? Denna fråga har jag vederbörligen övervägt, och även om jag inte kan tillfredsställa mig helt är jag nästan övertygad om att omständigheten beror på vikten och antalet av de ultimata partiklarna i de flera gaserna.

han föreslår sedan relativa vikter för atomerna i några element, utan att gå in i mer detalj. En ny studie av Daltons Laboratory notebook-poster avslutar dock att han utvecklade den kemiska atomteorin 1803 för att förena Cavendish och Lavoisiers analytiska data om salpetersyrasammansättningen, för att inte förklara lösligheten hos gaser i vatten.huvudpunkterna i Daltons atomteori, som den så småningom utvecklades, är:

1. element är gjorda av extremt små partiklar som kallas atomer.
2. atomer av ett givet element är identiska i storlek, massa och andra egenskaper; atomer av olika element skiljer sig åt i storlek, massa och andra egenskaper.
3. atomer kan inte delas upp, skapas eller förstöras.
4. atomer av olika element kombineras i enkla heltalsförhållanden för att bilda kemiska föreningar.
5. i kemiska reaktioner kombineras atomer, separeras eller omarrangeras.

i sin första utökade publicerade diskussion om atomteorin (1808) föreslog Dalton en ytterligare (och kontroversiell) ”regel med största enkelhet”. Denna regel kunde inte bekräftas oberoende, men ett sådant antagande var nödvändigt för att föreslå formler för några enkla molekyler, på vilka beräkningen av atomvikter berodde. Denna regel dikterade att om atomerna i två olika element var kända för att endast bilda en enda förening, som väte och syre som bildar vatten eller väte och kväve som bildar ammoniak, ska molekylerna i den föreningen antas bestå av en atom av varje element. För element som kombinerades i flera förhållanden, såsom de då kända två oxiderna av kol eller de tre kväveoxiderna, antogs deras kombinationer vara de enklaste möjliga. Till exempel, om två sådana kombinationer är kända, måste man bestå av en atom av varje element, och den andra måste bestå av en atom av ett element och två atomer av den andra.

detta var bara ett antagande, härledt från tro på naturens enkelhet. Inga bevis var då tillgängliga för forskare att härleda hur många atomer av varje element kombineras för att bilda molekyler. Men denna eller någon annan sådan regel var absolut nödvändig för någon begynnande teori, eftersom man behövde en antagen molekylformel för att beräkna relativa atomvikter. Daltons ”regel med största enkelhet” fick honom att anta att formeln för vatten var OH och ammoniak var NH, helt annorlunda än vår moderna förståelse (H2O, NH3). Å andra sidan ledde hans enkelhetsregel honom att föreslå rätt moderna formler för de två oxiderna av kol (CO och CO2). Trots osäkerheten i hjärtat av Daltons atomteori överlevde teorins principer.

Atomviktsedit

olika atomer och molekyler som avbildas i John Daltons ett nytt system för kemisk filosofi (1808).

Dalton publicerade sin första tabell över relativa atomvikter innehållande sex element (väte, syre, kväve, kol, svavel och fosfor), i förhållande till vikten av en väteatom som konventionellt tas som 1. Eftersom dessa endast var relativa vikter har de inte en viktenhet kopplad till dem. Dalton gav ingen indikation i detta dokument hur han hade kommit fram till dessa siffror, men i hans Laboratory notebook, daterad 6 September 1803, är en lista där han redogjorde för de relativa vikterna för atomerna i ett antal element, härledda från analys av vatten, ammoniak, koldioxid etc. av tidens kemister.

utvidgningen av denna ide till ämnen i allmänhet ledde honom nödvändigtvis till lagen om flera proportioner, och jämförelsen med experimentet bekräftade briljant hans avdrag. I papperet” om andelen av de flera gaserna i atmosfären”, läst av honom i November 1802, verkar lagen om flera proportioner förväntas med orden:

syreelementen kan kombineras med en viss del av lustgas eller med dubbelt så stor del, men utan mellanliggande kvantitet.

men det finns anledning att misstänka att denna mening kan ha lagts till någon gång efter läsningen av papperet, som inte publicerades förrän 1805.

föreningar listades som binära,ternära, kvartära etc. (molekyler som består av två, tre, fyra etc. atomer) i det nya systemet för kemisk filosofi beroende på antalet atomer hade en förening i sin enklaste empiriska form.

Dalton antog att strukturen hos föreningar kan representeras i heltalsförhållanden. Så, en atom av element X som kombinerar med en atom av element Y är en binär förening. Dessutom är en atom av element X som kombinerar med två atomer av element Y eller vice versa en ternär förening. Många av de första föreningarna som anges i det nya systemet för kemisk filosofi motsvarar moderna åsikter, även om många andra inte gör det.

Dalton använde sina egna symboler för att visuellt representera föreningarnas atomstruktur. De avbildades i det nya systemet för kemisk filosofi, där han listade 21 element och 17 enkla molekyler.

Övriga undersökningarredigera

Dalton publicerade artiklar om så olika ämnen som regn och dagg och fjädrarnas ursprung (hydrosfär); om värme, himmelens färg, ånga och ljusets reflektion och brytning; och om de grammatiska ämnena i hjälpverb och deltagare i det engelska språket.

experimentell approachEdit

som utredare var Dalton ofta nöjd med grova och felaktiga instrument, även om bättre var tillgängliga. Sir Humphry Davy beskrev honom som” en mycket grov experimenterare”, som ” nästan alltid hittade de resultat han krävde och litade på huvudet snarare än på händerna.”Å andra sidan har historiker som har replikerat några av hans avgörande experiment bekräftat Daltons skicklighet och precision.

i förordet till den andra delen av volym i i sitt nya System säger han att han så ofta hade blivit vilseledd genom att ta för givet andras resultat att han bestämde sig för att skriva ”så lite som möjligt men vad jag kan intyga med min egen erfarenhet”, men detta oberoende bar han så långt att det ibland liknade brist på mottaglighet. Således misstrodde han, och förmodligen aldrig helt accepterat, Gay-Lussac slutsatser om att kombinera volymer av gaser.

han hade okonventionella åsikter om klor. Även efter att dess elementära karaktär hade avgjorts av Davy, fortsatte han att använda de atomvikter han själv hade antagit, även när de hade ersatts av andra kemisters mer exakta bestämningar.

han motsatte sig alltid den kemiska notationen som utarbetats av J Jacob Berzelius, även om de flesta tyckte att det var mycket enklare och bekvämare än hans eget besvärliga system med cirkulära symboler.