Джон Далтон FRS ( / ˈ d ɔː l t ən / ; 5 или 6 сентября 1766 — 27 июля 1844) — английский химик , физик и метеоролог . [1] Он ввел атомную теорию в химию. Он также исследовал цветовую слепоту , которая у него была; в результате дальтонизм на нескольких языках известен как дальтонизм . [а] [2]
.jpg/1280px-Inscription_above_the_door,_birthplace_of_John_Dalton,_Eaglesfield_(geograph_4245532).jpg)
.jpg/1280px-Plaque_marking_the_birthplace_of_John_Dalton,_Eaglesfield_(geograph_4245539).jpg)
Джон Далтон родился в семье квакеров в Иглсфилде , недалеко от Кокермута , в Камберленде , Англия . [3] Его отец был ткачом. [4] Он получил раннее образование у своего отца и у квакера Джона Флетчера, который руководил частной школой в соседней деревне Пардшоу-Холл . Семья Далтона была слишком бедна, чтобы прокормить его долгое время, и с десяти лет он начал зарабатывать себе на жизнь, служа богатому местному квакеру Элиху Робинсону. [5]
Когда ему было 15 лет, Далтон вместе со своим старшим братом Джонатаном руководил квакерской школой в Кендале , Уэстморленд , примерно в 45 милях (72 км) от его дома. Примерно в 23 года Далтон, возможно, подумывал об изучении права или медицины, но родственники не поощряли его, возможно, потому, что, будучи диссидентом , ему было запрещено посещать английские университеты. Он приобрел много научных знаний благодаря неофициальным инструкциям Джона Гофа , слепого философа, обладавшего талантом в науках и искусствах. В 27 лет он был назначен преподавателем математики и естественной философии в «Манчестерской академии» в Манчестере , диссидентской академии (прямой предшественник, после ряда перемен местоположения, Манчестерского колледжа Харриса в Оксфорде ). Он оставался там семь лет, пока ухудшение финансового положения колледжа не привело к его отставке. Далтон начал новую карьеру в качестве частного репетитора по тем же двум предметам.
На молодость Дальтона оказал влияние выдающийся квакер Элиху Робинсон, [6] компетентный метеоролог и изготовитель приборов из Иглсфилда, Камберленд , который интересовал его проблемами математики и метеорологии. За годы работы в Кендале Далтон предлагал решения проблем и отвечал на вопросы по различным темам в « Дневнике дамы» и «Дневнике джентльмена» . В 1787 году в возрасте 21 года он начал свой метеорологический дневник, в который за последующие 57 лет внес более 200 000 наблюдений. [7] [8] Примерно в это же время он заново открыл теорию атмосферной циркуляции Джорджа Хэдли (теперь известную как ячейка Хэдли ). [9] В 1793 году первая публикация Дальтона « Метеорологические наблюдения и очерки » содержала зачатки нескольких его более поздних открытий, но, несмотря на оригинальность его трактовки, другие ученые уделяли им мало внимания. Вторая работа Дальтона « Элементы английской грамматики» (или «Новая система грамматического обучения: для использования в школах и академиях ») была опубликована в 1801 году. [10]
Покинув Озерный край , Далтон ежегодно возвращался, чтобы проводить каникулы, изучая метеорологию, что включало в себя много прогулок по холмам. До появления самолетов и метеозондов единственным способом измерения температуры и влажности на высоте было восхождение на гору. Дальтон оценил высоту с помощью барометра . Служба артиллерийского управления не публиковала карты Озерного края до 1860-х годов. До этого Далтон был одним из немногих авторитетов на высотах гор региона. [11] Его часто сопровождал Джонатан Отли, который также исследовал высоту местных вершин, используя цифры Дальтона в качестве сравнения для проверки своей работы. Отли опубликовал свою информацию на своей карте 1818 года. Отли стал помощником и другом Далтона. [12]
В 1794 году, вскоре после прибытия в Манчестер, Дальтон был избран членом Манчестерского литературно-философского общества «Лит и Фил», а несколько недель спустя опубликовал свою первую статью «Необычайные факты, касающиеся видения цветов». ", в котором он постулировал, что дефицит цветовосприятия вызван изменением цвета жидкой среды глазного яблока. Поскольку и он, и его брат были дальтониками , он признал, что это заболевание должно быть наследственным. [13]
Хотя позже теория Дальтона была опровергнута, его ранние исследования дефицита цветового зрения были признаны уже после его жизни. [b] Исследование сохранившегося глазного яблока в 1995 году показало, что у Далтона была дейтеранопия , тип врожденной красно-зеленой цветовой слепоты, при которой отсутствует ген фотопсинов , чувствительных к средней длине волны (зеленых). [13] Люди с этой формой дальтонизма видят каждый цвет как синий, желтый или серый, или, как писал Далтон в своей основополагающей статье, [15]
Та часть изображения, которую другие называют красной, кажется мне не более чем тенью или дефектом света; после этого оранжевый, желтый и зеленый кажутся одним цветом, который довольно равномерно переходит от интенсивного к редкому желтому, образуя то, что я бы назвал разными оттенками желтого.
В 1800 году Дальтон стал секретарем Манчестерского литературно-философского общества, а в следующем году он прочитал важную серию лекций под названием «Экспериментальные очерки» по строению газовых смесей; давление пара и других паров при различных температурах в вакууме и на воздухе ; по испарению ; и о тепловом расширении газов. Четыре эссе, представленные со 2 по 30 октября 1801 года, были опубликованы в « Мемуарах Литературно-философского общества Манчестера» в 1802 году.
Второе эссе открывается замечанием: [16]
Едва ли можно сомневаться в том, что все упругие жидкости любого рода можно превратить в жидкости; и нам не следует отчаиваться в возможности осуществить это при низких температурах и при сильном давлении, оказываемом на несмешанные газы в дальнейшем.
После описания экспериментов по определению давления пара в различных точках от 0 до 100 ° C (от 32 до 212 ° F) Дальтон на основе наблюдений за давлением пара шести различных жидкостей пришел к выводу, что изменение давления пара для всех жидкостей эквивалентно. , для того же изменения температуры, считая от пара любого заданного давления.
В четвертом эссе он отмечает: [17]
Я не вижу достаточной причины, почему мы не можем заключить, что все упругие жидкости под одинаковым давлением расширяются за счет тепла одинаково и что для любого данного расширения ртути соответствующее расширение воздуха пропорционально меньше, чем выше температура. ... Таким образом, кажется, что общие законы, касающиеся абсолютного количества и природы тепла, скорее всего, будут выведены из упругих жидкостей, чем из других веществ.
Он сформулировал закон Гей-Люссака , опубликованный в 1802 году Жозефом Луи Гей-Люссаком (Гей-Люссак приписал это открытие неопубликованной работе 1780-х годов Жака Шарля ). Через два-три года после лекций Дальтон опубликовал несколько статей на аналогичные темы. В книге «О поглощении газов водой и другими жидкостями» (прочитанной в виде лекции 21 октября 1803 г., впервые опубликованной в 1805 г.) [18] содержался его закон парциальных давлений, ныне известный как закон Дальтона .
Возможно, самое важное из всех исследований Дальтона связано с атомной теорией в химии. Хотя его имя неразрывно связано с этой теорией, происхождение атомной теории Дальтона до конца не изучено. [19] [20] Теория могла быть подсказана ему либо исследованиями этилена ( олефиантный газ ) и метана ( карбюраторный водород ), либо анализом закиси азота ( закиси азота ) и диоксида азота ( деоксида азота ), и то, и другое. взгляды опираются на авторитет Томаса Томсона . [21]
С 1814 по 1819 год ирландский химик Уильям Хиггинс утверждал, что Дальтон заимствовал его идеи, но теория Хиггинса не касалась относительной атомной массы. [22] [23] Недавние данные свидетельствуют о том, что на развитие мысли Дальтона, возможно, повлияли идеи другого ирландского химика Брайана Хиггинса , который был дядей Уильяма. Брайан считал, что атом — это тяжелая центральная частица, окруженная теплой атмосферой , которая в то время считалась теплотой. Размер атома определялся диаметром калорической атмосферы. Судя по имеющимся данным, Далтон был осведомлен о теории Брайана и принял очень похожие идеи и формулировки, но он никогда не признавал ожиданий Брайана относительно его модели калорийности. [24] [25] Однако существенной новизной атомной теории Дальтона является то, что он предоставил метод расчета относительных атомных весов химических элементов, который обеспечивает средства для назначения молекулярных формул для всех химических веществ. Ни Брайан, ни Уильям Хиггинс этого не сделали, и приоритет Далтона в этом важном нововведении неоспорим. [20]
Исследование лабораторных тетрадей Дальтона, обнаруженных в комнатах Манчестерского литературно-философского общества, [26] пришло к выводу, что Дальтон в своих поисках объяснения закона кратных пропорций далек от идеи о том, что химическое соединение состоит в В результате взаимодействия атомов определенной и характеристической массы представление об атомах возникло в его сознании как чисто физическое понятие, навязанное ему изучением физических свойств атмосферы и других газов. Первые опубликованные указания на эту идею можно найти в конце уже упоминавшейся его статьи «О поглощении газов водой и другими жидкостями» [18] . Там он говорит:
Почему вода не вмещает одинаковое количество всех видов газов? Этот вопрос я должным образом рассмотрел, и хотя я не могу полностью удовлетвориться, я почти убежден, что это обстоятельство зависит от веса и числа конечных частиц отдельных газов.
Затем он предлагает относительные веса атомов некоторых элементов, не вдаваясь в подробности. Однако недавнее исследование записей лабораторного дневника Дальтона пришло к выводу, что он разработал химическую атомную теорию в 1803 году для согласования аналитических данных Генри Кавендиша и Антуана Лавуазье о составе азотной кислоты, а не для объяснения растворимости газов в воде. [27]
Основными положениями атомной теории Дальтона в том виде, в котором она в конечном итоге развилась, являются:
В своем первом расширенном опубликованном обсуждении атомной теории (1808 г.) Дальтон предложил дополнительное (и спорное) «правило величайшей простоты». Это правило не могло быть подтверждено независимо, но такое предположение было необходимо, чтобы предложить формулы для нескольких простых молекул, от которых зависело вычисление атомных весов. Это правило гласило, что если известно, что атомы двух разных элементов образуют только одно соединение, например, водород и кислород образуют воду или водород и азот образуют аммиак, следует считать, что молекулы этого соединения состоят из одного атома каждого элемента. Для элементов, которые сочетались в различных соотношениях, таких как известные тогда два оксида углерода или три оксида азота, их комбинации считались простейшими из возможных. Например, если известны две такие комбинации, одна должна состоять из атома каждого элемента, а другая — из одного атома одного элемента и двух атомов другого. [28]
Это было всего лишь предположение, основанное на вере в простоту природы. Тогда у ученых не было никаких доказательств, позволяющих определить, сколько атомов каждого элемента объединяются в молекулы. Но это или какое-либо другое подобное правило было абсолютно необходимо для любой зарождающейся теории, поскольку для расчета относительных атомных масс требовалась предполагаемая молекулярная формула. «Правило наибольшей простоты» Дальтона заставило его предположить, что формула воды — OH, а аммиака — NH, что сильно отличается от нашего современного понимания (H 2 O, NH 3 ). С другой стороны, его правило простоты привело его к предложению правильных современных формул для двух оксидов углерода (CO и CO 2 ). Несмотря на неопределенность, лежащую в основе атомной теории Дальтона, принципы теории выжили.
Дальтон опубликовал свою первую таблицу относительных атомных весов шести элементов (водорода, кислорода, азота, углерода, серы и фосфора) относительно веса атома водорода, традиционно принимаемого за 1. [18] Поскольку это были только относительные веса, к ним не привязана единица веса. Дальтон в этой статье не указал, как он пришел к этим числам, но в его лабораторной тетради от 6 сентября 1803 г. [29] имеется список, в котором он изложил относительные массы атомов ряда элементов, полученные на основе анализа воды, аммиака, углекислого газа и т. д. химиками того времени.
Распространение этой идеи на вещества вообще необходимо привело его к закону кратных пропорций , и сравнение с экспериментом блестяще подтвердило его вывод. [30] В статье «О пропорциях нескольких газов в атмосфере», прочитанной им в ноябре 1802 года, закон кратных пропорций как бы предвосхищается в словах:
Элементы кислорода могут соединяться с определенной порцией азотистого газа или с удвоенной порцией, но без промежуточных количеств.
Но есть основания подозревать, что это предложение могло быть добавлено через некоторое время после прочтения статьи, которая была опубликована только в 1805 году. [31]
В Новой системе химической философии соединения были перечислены как бинарные, тройные, четвертичные и т. д. (молекулы, состоящие из двух, трех, четырех и т. д. атомов) в зависимости от количества атомов, которые имело соединение в своей простейшей эмпирической форме.
Дальтон предположил, что структуру соединений можно представить в целочисленных соотношениях. Итак, один атом элемента X, соединяясь с одним атомом элемента Y, представляет собой бинарное соединение. Кроме того, один атом элемента X, соединяющийся с двумя атомами элемента Y или наоборот, представляет собой тройное соединение. Многие из первых соединений, перечисленных в Новой системе химической философии, соответствуют современным взглядам, хотя многие другие — нет.
Дальтон использовал свои собственные символы для визуального представления атомной структуры соединений. Они были изображены в «Новой системе химической философии» , где он перечислил 21 элемент и 17 простых молекул.
Дальтон опубликовал статьи на такие разнообразные темы, как дождь и роса, а также происхождение источников (гидросферы); о тепле, цвете неба, пара и отражении и преломлении света; и по грамматическим предметам вспомогательных глаголов и причастий английского языка.
Как исследователь, Дальтон часто довольствовался грубыми и неточными инструментами, хотя можно было найти и лучшие. Сэр Хамфри Дэви описал его как «очень грубого экспериментатора», который «почти всегда находил требуемые результаты, доверяя своей голове, а не рукам». [32] С другой стороны, историки, которые повторили некоторые из его важнейших экспериментов, подтвердили мастерство и точность Дальтона.
В предисловии ко второй части первого тома своей « Новой системы» он говорит, что его так часто вводили в заблуждение, принимая как должное результаты других, что он решил писать «как можно меньше, кроме того, что я могу подтвердить своим собственным опытом». ", но эту независимость он завел так далеко, что она иногда напоминала отсутствие восприимчивости. Таким образом, он не доверял и, вероятно, никогда полностью не принимал выводы Гей-Люссака относительно объединения объемов газов.
Он придерживался нетрадиционных взглядов на хлор . Даже после того, как Дэви установил его элементарный характер, он продолжал использовать атомные веса, которые он сам принял, даже когда они были заменены более точными определениями других химиков.
Он всегда возражал против химической записи, разработанной Йенсом Якобом Берцелиусом , хотя большинство считало, что она гораздо проще и удобнее, чем его собственная громоздкая система круговых символов.
Для Cyclopædia Риса Далтон публиковал статьи по химии и метеорологии, но темы неизвестны.
Он написал 117 мемуаров Литературно-философского общества Манчестера с 1817 года до своей смерти в 1844 году, будучи президентом этой организации. Из них наиболее важными являются предыдущие. В одной из них, прочитанной в 1814 году, он объясняет принципы объемного анализа , в котором он был одним из первых исследователей. В 1840 году статья о фосфатах и арсенатах , которую часто считали более слабой, была отклонена Королевским обществом , и он был настолько разгневан, что опубликовал ее сам. Вскоре после этого он изучил тот же курс, написав еще четыре статьи, две из которых («О количестве кислот , оснований и солей в различных разновидностях солей» и «О новом и простом методе анализа сахара») содержат его открытие, названное По его мнению, вторым по важности после атомной теории, что некоторые безводные вещества , растворенные в воде, не вызывают увеличения ее объема, причем его вывод состоит в том, что соль проникает в поры воды.
Еще до того, как Дальтон выдвинул атомную теорию, он приобрел значительную научную репутацию. В 1803 году его выбрали для чтения серии лекций по натуральной философии в Королевском институте в Лондоне, и он прочитал там еще одну серию лекций в 1809–1810 годах. Некоторые свидетели сообщили, что ему не хватало качеств, которые делают привлекательного лектора: он был резок и неразборчив в голосе, неэффективен в трактовке своего предмета и особенно не владел языком и силой иллюстраций.
В 1810 году сэр Хамфри Дэви попросил его предложить себя в качестве кандидата в члены Королевского общества , но Далтон отказался, возможно, по финансовым причинам. В 1822 году его выдвинули без его ведома, и при выборах он заплатил обычный взнос. Шесть лет назад он стал членом-корреспондентом Французской академии наук , а в 1830 году был избран одним из восьми иностранных сотрудников вместо Дэви. В 1833 году правительство Эрла Грея назначило ему пенсию в размере 150 фунтов стерлингов , увеличенную в 1836 году до 300 фунтов стерлингов (что эквивалентно 15 145 фунтам стерлингов и 30 045 фунтов стерлингов в 2021 году соответственно). Далтон был избран иностранным почетным членом Американской академии искусств и наук в 1834 году .
Молодой Джеймс Прескотт Джоуль , который позже изучал и публиковал (1843) природу тепла и его связь с механической работой, был учеником Дальтона в последние годы его жизни.
Далтон никогда не был женат, и у него было всего несколько близких друзей. Будучи квакером, он вел скромную и непритязательную личную жизнь. [3]
В течение 26 лет до своей смерти Далтон жил в комнате в доме преподобного У. Джонса, известного ботаника, и его жены на Джордж-стрит в Манчестере. Дальтон и Джонс умерли в один и тот же год (1844 г.). [34]
Ежедневная лабораторная работа и репетиторство Далтона в Манчестере прерывались лишь ежегодными экскурсиями в Озерный край и редкими визитами в Лондон. В 1822 году он нанес короткий визит в Париж , где встретился со многими выдающимися местными учеными. Он присутствовал на нескольких предыдущих собраниях Британской ассоциации в Йорке , Оксфорде , Дублине и Бристоле .
Дальтон перенес небольшой инсульт в 1837 году, а второй в 1838 году оставил у него нарушение речи, хотя он оставался в состоянии проводить эксперименты. В мае 1844 года у него случился еще один инсульт; 26 июля, пока у него дрожала рука, он записал свое последнее метеорологическое наблюдение. 27 июля в Манчестере Далтон упал с кровати, и его помощник нашел мертвым.
Далтону были устроены гражданские похороны со всеми почестями. Его тело пролежало в ратуше Манчестера четыре дня, и мимо его гроба прошли более 40 000 человек. В похоронную процессию вошли представители крупнейших общественных, коммерческих и научных организаций города. [35] [36] Он был похоронен в Манчестере на Ардвикском кладбище ; кладбище теперь является игровой площадкой, но фотографии первоначальной могилы можно найти в опубликованных материалах. [37] [38]
СМИ, связанные с Джоном Далтоном, на Викискладе?
Работы Джона Далтона или о нем в Wikisource
