Джон Дальтон FRS ( / ˈ d ɔː l t ən / ; 5 или 6 сентября 1766 — 27 июля 1844) был английским химиком , физиком и метеорологом . [1] Он ввел атомную теорию в химию. Он также исследовал дальтонизм ; в результате, общий термин для красно-зеленых врожденных нарушений цветовой слепоты — дальтонизм в нескольких языках. [a] [2]
Джон Далтон родился 5 или 6 сентября 1766 года в семье квакеров в Иглсфилде , недалеко от Кокермута , в Камберленде , Англия. [3] [4] Его отец был ткачом. [5] Он получил раннее образование от своего отца и от квакера Джона Флетчера, который управлял частной школой в соседней деревне Пардшоу-Холл . Семья Далтона была слишком бедна, чтобы содержать его долго, и он начал зарабатывать себе на жизнь с десятилетнего возраста, служа богатому местному квакеру Элиху Робинсону. [6]
Когда ему было 15, Далтон присоединился к своему старшему брату Джонатану в управлении квакерской школой в Кендале , Уэстморленд , примерно в 45 милях (72 км) от его дома. Около 23 лет Далтон, возможно, рассматривал возможность изучения права или медицины, но его родственники не поощряли его, возможно, потому что, будучи диссентером , он был отстранен от посещения английских университетов. Он приобрел много научных знаний из неформального обучения Джона Гофа , слепого философа, который был одаренным в науках и искусствах. В 27 лет он был назначен учителем математики и естественной философии в «Манчестерской академии» в Манчестере , диссентерской академии (прямой предшественник, после ряда смен местоположения, Harris Manchester College, Оксфорд ). Он оставался там в течение семи лет, пока ухудшающееся финансовое положение колледжа не привело к его отставке. Далтон начал новую карьеру в качестве частного репетитора по тем же двум предметам.
Ранняя жизнь Дальтона прошла под влиянием выдающегося квакера Элиу Робинсона [4] , компетентного метеоролога и изготовителя приборов из Иглсфилда, Камберленд , который заинтересовал его проблемами математики и метеорологии. Во время своих лет в Кендале Дальтон предлагал решения задач 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 в течение последующих 57 лет он 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 семена 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 Озёрный край , Далтон ежегодно возвращался, чтобы провести каникулы, изучая метеорологию, что включало много прогулок по холмам. До появления самолётов и метеозондов единственным способом измерения температуры и влажности на высоте было подняться на гору. Далтон оценивал высоту с помощью барометра . Картографическое управление не публиковало карты Озёрного края до 1860-х годов. До этого Далтон был одним из немногих авторитетов в области высот гор региона. [11] Его часто сопровождал Джонатан Отли, который также проводил исследование высот местных вершин, используя цифры Далтона в качестве сравнения для проверки своей работы. Отли опубликовал свою информацию на своей карте 1818 года. Отли стал и помощником, и другом Далтона. [12]
В 1794 году, вскоре после прибытия в Манчестер, Дальтон был избран членом Манчестерского литературного и философского общества , «Lit & Phil», и несколько недель спустя он представил свою первую работу «Необычайные факты, касающиеся зрения цветов», в которой он постулировал, что недостаток восприятия цвета был вызван изменением цвета жидкой среды глазного яблока. Поскольку и он, и его брат были дальтониками , он признал, что это состояние должно быть наследственным. [13]
Хотя теория Дальтона была позже опровергнута, его ранние исследования в области нарушения цветового зрения были признаны уже после его жизни. [b] Исследование его сохранившегося глазного яблока в 1995 году показало, что у Дальтона была дейтеранопия , тип врожденной красно-зеленой цветовой слепоты , при которой отсутствует ген фотопсинов, чувствительных к средней длине волны (зеленый). [13] Люди с этой формой цветовой слепоты видят каждый цвет как сопоставленный с синим, желтым или серым, или, как писал Дальтон 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, создавая то, что я бы назвал различными оттенками желтого.
В 1800 году Дальтон стал секретарем Манчестерского литературного и философского общества, а в следующем году он представил важную серию лекций под названием «Экспериментальные эссе» о составе смешанных газов; давлении пара и других паров при различных температурах в вакууме и на воздухе ; об испарении ; и о тепловом расширении газов. Четыре эссе, представленные между 2 и 30 октября 1801 года, были опубликованы в « Мемуарах литературного и философского общества Манчестера» в 1802 году.
Второе эссе начинается с замечания: [16]
Едва ли можно сомневаться относительно способности всех упругих жидкостей любого рода превращаться в жидкости; и мы не должны отчаиваться, думая, что сможем добиться этого при низких температурах и при сильном давлении, оказываемом на несмешанные газы.
Описав эксперименты 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 при одном и том же изменении температуры, считая от пара любого заданного давления.
В четвертом эссе он замечает: [17]
Я не вижу достаточных оснований, по которым мы не можем заключить, что все упругие жидкости под одинаковым давлением расширяются одинаково под действием тепла, и что для любого данного расширения ртути соответствующее расширение воздуха пропорционально несколько меньше, чем выше температура. ... Поэтому кажется, что общие законы, касающиеся абсолютного количества и природы тепла, с большей вероятностью могут быть выведены из упругих жидкостей, чем из других веществ.
Он сформулировал закон Гей-Люссака , опубликованный в 1802 году Жозефом Луи Гей-Люссаком (Гей-Люссак приписывал открытие неопубликованной работе 1780-х годов Жака Шарля ). В течение двух или трех лет после лекций Дальтон опубликовал несколько статей на схожие темы. «О поглощении газов водой и другими жидкостями» (прочитанная как лекция 21 октября 1803 года, впервые опубликованная в 1805 году) [18] содержала его закон парциальных давлений, теперь известный как закон Дальтона .
Вероятно, наиболее важные из всех исследований Дальтона связаны с атомной теорией в химии. Хотя его имя неразрывно связано с этой теорией, происхождение атомной теории Дальтона не полностью понято. [19] [20] Теория могла быть подсказана ему либо исследованиями этилена ( олефинового газа ) и метана ( карбюраторного водорода ), либо анализом закиси азота ( закиси азота ) и диоксида азота ( дейтооксида азота ), обе точки зрения опираются на авторитет Томаса Томсона . [21]
С 1814 по 1819 год ирландский химик Уильям Хиггинс утверждал, что Дальтон списал его идеи, но теория Хиггинса не рассматривала относительную атомную массу. [22] [23] Недавние данные свидетельствуют о том, что на развитие мысли Дальтона могли повлиять идеи другого ирландского химика Брайана Хиггинса , который был дядей Уильяма. Брайан считал, что атом представляет собой тяжелую центральную частицу, окруженную атмосферой теплорода , предполагаемой субстанции тепла в то время. Размер атома определялся диаметром атмосферы теплорода. Основываясь на этих данных, Дальтон был осведомлен о теории Брайана и принял очень похожие идеи и язык, но он никогда не признавал предвосхищения Брайаном своей модели теплорода. [24] [25] Однако существенная новизна атомной теории Дальтона заключается в том, что он предоставил метод расчета относительных атомных весов для химических элементов, что дает возможность назначать молекулярные формулы для всех химических веществ. Ни Брайан, ни Уильям Хиггинс этого не сделали, и приоритет Дальтона в этом важнейшем нововведении неоспорим. [20]
Изучение лабораторных тетрадей Дальтона, обнаруженных в комнатах Манчестерского литературного и философского общества [26] , пришло к выводу, что, хотя Дальтон и пришел к идее о том, что химическое соединение состоит во взаимодействии атомов определенного и характерного веса, идея атомов возникла в его сознании как чисто физическая концепция, навязанная ему изучением физических свойств атмосферы и других газов. Первые опубликованные указания на эту идею можно найти в конце его уже упомянутой статьи «О поглощении газов водой и другими жидкостями» [18] . Там он говорит:
Почему вода не принимает в себя все виды газов в равной степени? Я должным образом рассмотрел этот вопрос, и хотя я не могу полностью удовлетворить себя, я почти убежден, что это обстоятельство зависит от веса и числа конечных частиц различных газов.
Затем он предлагает относительные веса для атомов нескольких элементов, не вдаваясь в дальнейшие подробности. Однако недавнее исследование записей в лабораторной тетради Дальтона приходит к выводу, что он разработал химическую атомную теорию в 1803 году, чтобы примирить аналитические данные Генри Кавендиша и Антуана Лавуазье о составе азотной кислоты, а не для объяснения растворимости газов в воде. [27]
Основные положения атомной теории Дальтона, как она в конечном итоге развилась, таковы:
В своем первом расширенном опубликованном обсуждении атомной теории (1808) Дальтон предложил дополнительное (и спорное) «правило наибольшей простоты». Это правило не могло быть независимо подтверждено, но некоторые такие предположения были необходимы для того, чтобы предложить формулы для нескольких простых молекул, от которых зависел расчет 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, то молекулы этого соединения должны предполагаться состоящими из одного атома каждого элемента. Для элементов, которые объединялись в нескольких соотношениях, таких как известные тогда два оксида углерода или три оксида азота, их комбинации предполагались простейшими из возможных. Например, если известны две такие комбинации, одна должна состоять из атома каждого элемента, а другая должна состоять из одного атома одного элемента и двух атомов другого. [28]
Это было всего лишь предположение, вытекающее из веры в простоту природы. Тогда ученым не было никаких доказательств, чтобы вывести, сколько атомов каждого элемента объединяются для образования молекул. Но это или какое-то другое подобное правило было абсолютно необходимо для любой зарождающейся теории, поскольку для расчета относительных атомных весов требовалась предполагаемая молекулярная формула. «Правило наибольшей простоты» Дальтона заставило его предположить, что формула воды — OH, а аммиака — NH, что весьма 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 этой теории сохранились.
Дальтон опубликовал свою первую таблицу относительных атомных весов , содержащую шесть элементов (водород, кислород, азот, углерод, серу и фосфор), относительно веса атома водорода, условно принятого за 1. [18] Поскольку это были только относительные веса, к ним не была прикреплена единица веса. Дальтон не указал в этой статье, как он пришел к этим числам, но в его лабораторной записной книжке от 6 сентября 1803 года [29] есть список, в котором он изложил относительные веса атомов ряда элементов, полученные из анализа воды, аммиака, диоксида углерода и т. д. химиками того времени.
Распространение этой идеи на вещества вообще необходимо привело его к закону кратных отношений , а сравнение с экспериментом блестяще подтвердило его вывод. [30] В докладе «О соотношении различных газов в атмосфере», прочитанном им в ноябре 1802 года, закон кратных отношений, по-видимому, предвосхищен в словах:
Элементы кислорода могут соединяться с определенной частью азотистого газа или с вдвое большей частью, но без промежуточного количества.
Но есть основания подозревать, что это предложение могло быть добавлено некоторое время спустя после прочтения статьи, которая была опубликована только в 1805 году. [31]
В Новой системе химической философии соединения классифицировались как бинарные, тройные, четверные и т. д. (молекулы, состоящие из двух, трех, четырех и т. д. атомов) в зависимости от числа атомов, которые имело соединение в своей простейшей, эмпирической форме.
Дальтон выдвинул гипотезу, что структура соединений может быть представлена в виде целых чисел. Так, один атом элемента X, соединяющийся с одним атомом элемента Y, является бинарным соединением. Более того, один атом элемента X, соединяющийся с двумя атомами элемента Y или наоборот, является тройным соединением. 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 по таким разнообразным темам, как дождь, роса и происхождение источников (гидросфера); о тепле, цвете неба, паре, отражении и преломлении света ; а также о грамматических подлежащих вспомогательных глаголах и причастиях английского языка.
Как исследователь, Дальтон часто довольствовался грубыми и неточными инструментами, хотя можно было получить и более качественные. Сэр Хэмфри Дэви описывал его как «очень грубого экспериментатора», который «почти всегда получал нужные ему результаты, доверяя своей голове, а не рукам». [32] С другой стороны, историки, которые повторили некоторые из его важных экспериментов, подтвердили мастерство и точность Дальтона.
В предисловии ко второй части Тома I своей Новой системы он говорит, что так часто вводился в заблуждение, принимая на веру результаты других, что решил писать «как можно меньше, кроме того, что я могу подтвердить собственным опытом», но эта независимость зашла так далеко, что иногда напоминала отсутствие восприимчивости. Таким образом, он не доверял и, вероятно, никогда полностью не принимал выводы Гей-Люссака относительно объединенных объемов газов.
Он придерживался нетрадиционных взглядов на хлор . Даже после того, как его элементарный характер был установлен Дэви, он продолжал использовать принятые им самим атомные веса, даже когда они были заменены более точными определениями других химиков.
Он всегда возражал против химической нотации, разработанной Йенсом Якобом Берцелиусом , хотя большинство считало, что она намного проще и удобнее, чем его собственная громоздкая система круговых символов.
Для «Циклопедии» Риса Дальтон написал статьи по химии и метеорологии, но темы неизвестны.
Он внес вклад в 117 мемуаров литературного и философского общества Манчестера с 1817 года до своей смерти в 1844 году, когда он был президентом этой организации. Из них самые ранние являются наиболее важными. В одном из них, прочитанном в 1814 году, он объясняет принципы объемного анализа , в котором он был одним из первых исследователей. В 1840 году статья о фосфатах и арсенатах , часто рассматриваемая как более слабая работа, была отклонена Королевским обществом , и он был настолько разгневан, что опубликовал ее сам. Вскоре после этого он пошел тем же путем с четырьмя другими статьями, две из которых («О количестве кислот , оснований и солей в различных разновидностях солей» и «О новом и легком методе анализа сахара») содержат его открытие, которое он считал вторым по важности после атомной теории, что некоторые безводные вещества , растворенные в воде, не вызывают увеличения ее объема, его вывод заключается в том, что соль проникает в поры воды.
Еще до того, как он выдвинул атомную теорию, Дальтон достиг значительной научной репутации. В 1803 году его выбрали для чтения цикла лекций по естественной философии в Королевском институте в Лондоне, и он прочитал там еще один цикл лекций в 1809–1810 годах. Некоторые свидетели сообщали, что ему не хватало качеств, которые делают привлекательного лектора, он был резок и невнятен в голосе, неэффективен в изложении своего предмета и особенно не хватало языка и силы иллюстрации [ требуется ссылка ] .
В 1810 году сэр Хэмфри Дэви попросил его выдвинуть свою кандидатуру на членство в Королевском обществе , но Дальтон отказался, возможно, по финансовым причинам. В 1822 году его кандидатура была предложена без его ведома, и на выборах он заплатил обычный взнос [ нужна ссылка ] . Шесть лет назад он стал членом-корреспондентом Французской академии наук , а в 1830 году был избран одним из восьми ее иностранных коллег вместо Дэви [ нужна ссылка ] . В 1833 году правительство графа Грея назначило ему пенсию в размере 150 фунтов стерлингов , увеличенную в 1836 году до 300 фунтов стерлингов (что эквивалентно 17 981 фунту стерлингов и 35 672 фунтам стерлингов в 2023 году соответственно) [ нужна ссылка ] . Дальтон был избран иностранным почетным членом Американской академии искусств и наук в 1834 году. [33]
Молодой Джеймс Прескотт Джоуль , который позднее изучал и опубликовал (1843) труды о природе тепла и его связи с механической работой, был учеником Дальтона в последние годы его жизни [ необходима ссылка ] .
Далтон никогда не был женат и имел лишь 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, опубликованного ботаника, и его жены на Джордж-стрит, Манчестер. Далтон и Джонс умерли в один и тот же год (1844). [34]
Ежедневные занятия Дальтона лабораторными работами и репетиторством в Манчестере прерывались только ежегодными экскурсиями в Озёрный край и редкими визитами в Лондон. В 1822 году он нанес короткий визит в Париж, где встретился со многими выдающимися местными учёными. Он посетил несколько ранних собраний Британской ассоциации в Йорке , Оксфорде , Дублине и Бристоле .
Дальтон перенес небольшой инсульт в 1837 году, а второй в 1838 году оставил его с нарушением речи, хотя он оставался в состоянии проводить эксперименты. В мае 1844 года у него случился еще один инсульт; 26 июля, когда его рука дрожала, он записал свое последнее метеорологическое наблюдение. 27 июля в Манчестере Дальтон упал с кровати и был найден мертвым своим помощником.
Далтону были предоставлены гражданские похороны со всеми почестями. Его тело было выставлено на показ в Манчестерской ратуше в течение четырех дней, и более 40 000 человек прошли мимо его гроба. В похоронной процессии участвовали представители основных гражданских, коммерческих и научных органов города. [35] [36] Он был похоронен в Манчестере на кладбище Ардвик ; сейчас это кладбище является игровым полем, но фотографии первоначальной могилы можно найти в опубликованных материалах. [37] [38]
{{cite web}}
: |last=
имеет общее название ( помощь )