Джон Дальтон

Джон Дальтон (6 сентября 1766, Иглсфилд, Камберленд, Англия — 27 июля 1844, Манчестер, Англия) — английский химик, физик и метеоролог, наиболее известный как основоположник современной атомной теории. Его работы заложили фундамент для развития химии как точной науки, а также внесли значительный вклад в изучение газовых законов и цветовой слепоты (дальтонизма).

Биография

Ранние годы и образование

Джон Дальтон родился в семье квакеров-ткачей. Из-за религиозных убеждений и скромного достатка семьи он не получил формального университетского образования. Основные знания Дальтон приобрёл самостоятельно, а также благодаря поддержке старшего брата и местного учителя Джона Флетчера. Уже в возрасте 12 лет он начал преподавать в школе, а в 15 лет переехал в город Кендал, где продолжил обучение и работу.

Научная карьера

В 1793 году Дальтон переехал в Манчестер, где стал преподавать математику и естественную философию в Манчестерской академии. В этот период он начал систематические наблюдения за погодой, которые продолжал на протяжении всей жизни. В 1800 году Дальтон стал секретарём Манчестерского литературно-философского общества, а в 1817 году — его президентом. Именно в стенах этого общества он представил большинство своих ключевых открытий.

Научные достижения

Атомная теория

Главным вкладом Дальтона в науку является атомная теория, сформулированная им в 1803–1808 годах. Основные положения этой теории, изложенные в книге «Новая система химической философии» (1808), включают:

1. Все вещества состоят из мельчайших неделимых частиц — атомов.
2. Атомы одного элемента идентичны по массе, форме и свойствам; атомы разных элементов различны.
3. Химические реакции представляют собой перегруппировку атомов, при которой атомы не исчезают и не создаются заново.
4. Соединения образуются путём соединения атомов разных элементов в простых целочисленных соотношениях (например, 1:1, 1:2).

Хотя Дальтон не был первым, кто выдвинул идею об атомах (подобные представления существовали ещё в Древней Греции), он впервые придал этой концепции строгое научное обоснование, подкреплённое экспериментальными данными. Он также предложил систему символов для обозначения химических элементов (кружки с различными значками внутри), которая, однако, впоследствии была вытеснена более удобной системой Йёнса Якоба Берцелиуса.

Закон кратных отношений

На основе своей атомной теории Дальтон сформулировал закон кратных отношений: если два элемента образуют друг с другом несколько различных соединений, то массы одного из элементов, приходящиеся на одну и ту же массу другого, относятся между собой как небольшие целые числа. Например, в угарном газе (CO) и углекислом газе (CO₂) массы кислорода на одну и ту же массу углерода относятся как 1:2. Этот закон стал прямым доказательством существования атомов и их целочисленных комбинаций.

Таблица атомных весов

Дальтон впервые предпринял попытку определить относительные атомные веса элементов. Он принял массу атома водорода за единицу и вычислил веса других элементов, исходя из состава их соединений. Хотя его таблица 1803 года содержала много неточностей (например, он считал, что вода состоит из одного атома водорода и одного атома кислорода, поэтому атомный вес кислорода у него был равен 7, а не 16), сам принцип относительных атомных масс стал основой для всей последующей химии.

Газовые законы

В области физики Дальтон известен открытием закона парциальных давлений (закон Дальтона): общее давление смеси химически не взаимодействующих газов равно сумме парциальных давлений каждого газа в отдельности. Этот закон, опубликованный в 1801 году, имеет фундаментальное значение для физической химии и газовой динамики.

Кроме того, Дальтон исследовал растворимость газов в жидкостях и сформулировал закон Генри — Дальтона (независимо от Уильяма Генри), описывающий зависимость растворимости газа от его парциального давления.

Исследование цветового зрения

Дальтон страдал редкой формой цветовой слепоты (дейтеранопией), при которой человек не различает зелёный и красный цвета. Он первым дал научное описание этого явления в своей работе «Необычные факты, касающиеся цветового зрения» (1794). Дальтон считал, что его зрение нарушено из-за голубоватого окрашивания стекловидного тела глаза. После его смерти вскрытие показало, что стекловидное тело было прозрачным, однако истинная причина — отсутствие определённых фоторецепторов — была выяснена лишь в XX веке. В честь учёного этот тип цветовой слепоты получил название дальтонизм.

Методология и инструментарий

Дальтон был сторонником строгого экспериментального подхода. Он вёл многолетние метеорологические дневники, записывая температуру, давление и влажность воздуха. Для своих химических опытов он использовал самодельные весы, барометры и газовые бюретки. Отсутствие формального образования он компенсировал исключительной настойчивостью и систематичностью, что позволяло ему делать выводы из, казалось бы, незначительных расхождений в данных.

Критика и ограничения

Атомная теория Дальтона, несмотря на её революционность, имела ряд недостатков, которые были исправлены позднее:

• Неделимость атомов: Дальтон считал атомы абсолютно неделимыми. В конце XIX — начале XX века были открыты электрон, протон и нейтрон, а также явление радиоактивности, что доказало сложную структуру атома.
• Однородность атомов: Дальтон полагал, что все атомы одного элемента имеют одинаковую массу. В XX веке было открыто существование изотопов — атомов одного элемента с разной массой.
• Отсутствие понятия молекулы: Дальтон не различал атомы и молекулы простых веществ (например, он считал, что кислород в газообразном состоянии состоит из одиночных атомов). Это привело к путанице в его таблицах атомных весов.

Признание и наследие

В 1822 году Дальтон был избран членом Лондонского королевского общества, а в 1830 году — одним из восьми иностранных членов Французской академии наук. В 1832 году Оксфордский университет присвоил ему степень доктора гражданского права. После смерти учёного в Манчестере был установлен памятник, а его имя увековечено в названии единицы массы (дальтон, Да), используемой в биохимии для обозначения молекулярной массы.

Идеи Дальтона стали основой для работ таких учёных, как Амедео Авогадро, Станислао Канниццаро и Дмитрий Менделеев. Атомная теория превратила химию из набора эмпирических рецептов в стройную науку с предсказательной силой.

Интересные факты

• Дальтон на протяжении 57 лет вёл ежедневные метеорологические записи, сделав более 200 000 наблюдений.
• Он был убеждённым квакером и всю жизнь придерживался скромного образа жизни, отказавшись от предложений занять престижные должности в Лондоне.
• В честь Дальтона назван кратер на Луне и минерал дальтонит.

Источники

• Дальтон Дж. Новая система химической философии. — М., 1808.
• Партингтон Дж. Р. История химии. — М.: Мир, 1970.
• Соловьёв Ю. И. История химии: Развитие химии с древнейших времён до конца XIX века. — М.: Просвещение, 1983.
• Henry, W. C. Memoirs of the Life and Scientific Researches of John Dalton. — London: Cavendish Society, 1854.
• Rocke, A. J. Chemical Atomism in the Nineteenth Century: From Dalton to Cannizzaro. — Ohio State University Press, 1984.