جون دالتون كان كيميائياً وفيزيائياً وعالم أرصاد جويّة إنجليزياً. وهو معروف بشكل أساسي لإدخاله نظرية الذرة في الكيمياء، وبأبحاثه حول العمى اللوني، والذي يُشار إليه أحياناً باسم دالتونيزم تكريماً له.
الحياة المبكرة
وُلد جون دالتون في عائلة كويكر من Eaglesfield، بالقرب من Cockermouth، في Cumberland، إنجلترا. كان والده حائكاً. تلقى تعليمه الأولي من والده ومن الكويكري جون فليتشر، الذي كان يدير مدرسة خاصة في قرية Pardshaw Hall القريبة. كانت عائلة دالتون فقيرة جداً بحيث لا تستطيع إعالته لفترة طويلة، وبدأ يكسب رزقه، منذ سن العاشرة، في خدمة Elihu Robinson، وهو رجل كويكر محلي ثري.
المسيرة المبكرة
عندما كان في الخمسة عشر من عمره، انضم دالتون إلى أخيه الأكبر Jonathan في إدارة مدرسة كويكر في Kendal، Westmorland، على بعد حوالي 45 ميل 72 كم من منزله. في حوالي سن الثالثة والعشرين، قد يكون دالتون قد فكر في دراسة القانون أو الطب، لكن أقاربه لم يشجعوه، ربما لأنه كمنشق، كان ممنوعاً من حضور الجامعات الإنجليزية.
اكتسب الكثير من المعرفة العلمية من خلال التعليم غير الرسمي من قبل جون جوف، وهو فيلسوف أعمى كان موهوباً في العلوم والفنون. في سن السابعة والعشرين، تم تعيينه معلماً للرياضيات والفلسفة الطبيعية في "New College" في Manchester، أكاديمية منشقة كانت السلف المباشر، بعد عدد من التغييرات في الموقع، لـ Harris Manchester College، Oxford. ظل هناك حتى سن الرابعة والثلاثين، عندما دفعته الحالة المالية المتدهورة للكلية إلى الاستقالة من منصبه وبدء مسيرة جديدة كمدرس خاص في الرياضيات والفلسفة الطبيعية.
العمل العلمي
الأرصاد الجوية
تأثرت حياة دالتون المبكرة بـ Elihu Robinson، وهو شخصية كويكرية بارزة، وهو عالم أرصاد جوية كفء وصانع أدوات، من Eaglesfield، Cumbria، الذي أثار اهتمامه بمسائل الرياضيات والأرصاد الجوية. خلال سنواته في Kendal، ساهم دالتون بحلول للمشاكل وأجاب على أسئلة حول مواضيع مختلفة في The Ladies' Diary و Gentleman's Diary. في عام 1787 في سن الحادية والعشرين، بدأ يومياته الأرصاد الجوية، والتي سجل فيها خلال السنوات السبع والخمسين التالية أكثر من 200,000 ملاحظة. أعاد اكتشاف نظرية George Hadley حول الدوران الجوي المعروفة الآن باسم Hadley cell في حوالي ذلك الوقت. في عام 1793، احتوت أول نشرة لدالتون، Meteorological Observations and Essays، على بذور عدة من اكتشافاته اللاحقة، لكن على الرغم من أصالة طريقة معالجته، لم يول العلماء الآخرون اهتماماً كبيراً لها. تم نشر عمل ثانٍ لدالتون، Elements of English Grammar or A new system of grammatical instruction: for the use of schools and academies، في عام 1801.
قياس الجبال
بعد مغادرة منطقة Lake District، عاد دالتون سنوياً لقضاء إجازاته في دراسة الأرصاد الجوية، وهو الأمر الذي يتضمن الكثير من المشي في التلال. حتى ظهور الطائرات وبالونات الطقس، كانت الطريقة الوحيدة لإجراء قياسات درجة الحرارة والرطوبة على الارتفاع هي تسلق جبل. قدّر دالتون الارتفاع باستخدام مقياس الضغط. لم تنشر Ordnance Survey خرائط منطقة Lake District إلا في الستينيات من القرن التاسع عشر. قبل ذلك، كان دالتون واحداً من عدد قليل من الخبراء في ارتفاعات جبال المنطقة. كان يرافقه في كثير من الأحيان Jonathan Otley، الذي قام أيضاً بدراسة ارتفاعات القمم المحلية، مستخدماً أرقام دالتون للمقارنة للتحقق من عمله. نشر Otley معلوماته في خريطته عام 1818. أصبح Otley مساعداً وصديقاً لدالتون.
العمى اللوني
في عام 1794، بعد وقت قصير من وصوله إلى Manchester، تم انتخاب دالتون عضواً في Manchester Literary and Philosophical Society، وهي "Lit & Phil"، وبعد بضعة أسابيع قدم أول ورقة له حول "Extraordinary facts relating to the vision of colours"، حيث افترض أن نقص إدراك اللون كان ناجماً عن تغير لون الوسط السائل للعين. نظراً لأن دالتون وأخاه كانا يعانيان من العمى اللوني، أدرك أن هذه الحالة يجب أن تكون وراثية.
على الرغم من أن نظرية دالتون فقدت مصداقيتها خلال حياته، كان الطابع الشامل والمنهجي لأبحاثه حول مشكلته البصرية معترفاً به على نطاق واسع بحيث أصبح Daltonism مصطلحاً شائعاً للعمى اللوني. أثبت الفحص في عام 1995 لكرة العين المحفوظة لدالتون أنه كان يعاني من نوع أقل شيوعاً من العمى اللوني، deuteroanopia، حيث تكون المخاريط الحساسة للطول الموجي المتوسط غائبة بدلاً من أن تعمل بشكل صبغي متحور، كما هو الحال في النوع الأكثر شيوعاً من العمى اللوني، deuteroanomaly. بصرف النظر عن الأزرق والبنفسجي في الطيف البصري، كان قادراً فقط على التعرف على لون واحد، وهو الأصفر، أو كما قال في ورقة،
الجزء من الصورة الذي يسميه الآخرون أحمر، يبدو لي أنه ليس أكثر من ظل أو عيب في الضوء؛ بعد ذلك يبدو أن البرتقالي والأصفر والأخضر لون واحد، ينخفض بشكل منتظم إلى حد ما من أصفر مكثف إلى أصفر نادر، مما يشكل ما أسميه ظلالاً مختلفة من الأصفر.
قوانين الغازات
في عام 1800، أصبح دالتون سكرتيراً لـ Manchester Literary and Philosophical Society، وفي السنة التالية قدم سلسلة محاضرات مهمة بعنوان "Experimental Essays" حول تكوين الغازات المختلطة؛ ضغط البخار والأبخرة الأخرى في درجات حرارة مختلفة في الفراغ والهواء؛ على التبخر؛ والتمدد الحراري للغازات. تم تقديم المقالات الأربع بين 2 و 30 أكتوبر 1801، وتم نشرها في Memoirs of the Literary and Philosophical Society of Manchester في عام 1802.
تبدأ المقالة الثانية بالملاحظة التالية،
يكاد لا يكون هناك شك حول إمكانية تقليل جميع السوائل المرنة مهما كان نوعها إلى سوائل؛ ولا يجب أن نيأس من إنجاز ذلك في درجات حرارة منخفضة وضغوط قوية مارسة على الغازات غير المخلوطة بشكل أفضل.
بعد وصف التجارب لتحديد ضغط البخار في نقاط مختلفة بين 0 و 100 °C 32 و 212 °F، استنتج دالتون من ملاحظات ضغط البخار لستة سوائل مختلفة، أن اختلاف ضغط البخار لجميع السوائل متكافئ، لنفس اختلاف درجة الحرارة، محسوباً من بخار بأي ضغط معين.
في المقالة الرابعة، يلاحظ:
لا أرى سبباً كافياً لماذا لا يمكننا أن نستنتج أن جميع السوائل المرنة تحت نفس الضغط تتمدد بالتساوي من خلال الحرارة - وأنه لأي توسع معين للزئبق، فإن التوسع المقابل للهواء يكون بشكل متناسب أقل إلى حد ما، كلما زادت درجة الحرارة. ... يبدو، إذاً، أن القوانين العامة المتعلقة بالكمية المطلقة وطبيعة الحرارة من المرجح أن تُشتق من السوائل المرنة أكثر من المواد الأخرى.
صاغ قانون Gay-Lussac، الذي نشره عام 1802 من قبل Joseph Louis Gay-Lussac أرجع Gay-Lussac الاكتشاف إلى عمل غير منشور من الثمانينيات من القرن الثامن عشر بقلم Jacques Charles. في السنتين أو الثلاث سنوات التي تلت المحاضرات، نشر دالتون عدة أوراق حول مواضيع مماثلة. "On the Absorption of Gases by Water and other Liquids" التي ألقاها كمحاضرة في 21 أكتوبر 1803، نُشرت لأول مرة في عام 1805 احتوت على قانون الضغوط الجزئية المعروف الآن باسم قانون دالتون.
النظرية الذرية
من بين جميع تحقيقات دالتون، يتعلق الأهم بالنظرية الذرية في الكيمياء. في حين أن اسمه مرتبط بشكل لا ينفصل بهذه النظرية، فإن أصل النظرية الذرية لدالتون ليس مفهوماً بالكامل. قد تكون النظرية قد اقترحت عليه إما من خلال الأبحاث حول الإيثيلين olefiant gas والميثان carburetted hydrogen أو من خلال تحليل أكسيد النيتروز protoxide of azote وثاني أكسيد النيتروجين deutoxide of azote، وكلا الآراء يستندان إلى سلطة Thomas Thomson.
من عام 1814 إلى عام 1819، ادعى الكيميائي الأيرلندي William Higgins أن دالتون قد انتحل أفكاره، لكن نظرية Higgins لم تعالج الكتلة الذرية النسبية. ومع ذلك، تشير الأدلة الحديثة إلى أن تطور فكر دالتون قد تأثر بأفكار كيميائي أيرلندي آخر Bryan Higgins، وهو عم William. كان Bryan يعتقد أن الذرة كانت جزيء ثقيل مركزي محاط بجو من caloric، المادة المفترضة للحرارة في ذلك الوقت. تم تحديد حجم الذرة بقطر جو caloric. بناءً على الأدلة، كان دالتون على علم بنظرية Bryan واعتمد أفكاراً ولغة مماثلة جداً، لكنه لم يعترف أبداً بتوقع Bryan لنموذجه caloric. ومع ذلك، فإن الجدة الأساسية للنظرية الذرية لدالتون هي أنه قدم طريقة لحساب الأوزان الذرية النسبية للعناصر الكيميائية، وهو شيء لم يفعله Bryan أو William Higgins؛ والأولوية له على هذه الخطوة الحاسمة لا تُطعن فيها.
خلصت دراسة دفاتر دالتون الخاصة بالمختبر، المكتشفة في غرف Manchester Literary and Philosophical Society، إلى أنه بعيداً عن أن يكون دالتون قد وجهته فحواه بحثه عن تفسير قانون النسب المتعددة إلى فكرة أن التركيب الكيميائي يتألف من تفاعل ذرات ذات وزن محدد وخصائص، فإن فكرة الذرات نشأت في عقله كمفهوم بحت فيزيائي، فرضته عليه دراسة الخصائص الفيزيائية للغلاف الجوي والغازات الأخرى. أول مؤشرات منشورة على هذه الفكرة يمكن العثور عليها في نهاية ورقته "On the Absorption of Gases by Water and other Liquids" المذكورة بالفعل. هناك يقول:
لماذا لا تقبل الماء حجمها من كل نوع من الغازات على حد سواء؟ لقد أعطيت هذا السؤال تفكيراً دقيقاً، وعلى الرغم من أنني لست قادراً على إرضاء نفسي تماماً، فأنا مقتنع تقريباً بأن هذه الحالة تعتمد على وزن وعدد الجزيئات النهائية للغازات المختلفة.
ثم يقترح أوزاناً نسبية لذرات عدد قليل من العناصر، دون الخوض في مزيد من التفاصيل.
النقاط الرئيسية للنظرية الذرية لدالتون، كما تطورت في النهاية، هي:
- العناصر مصنوعة من جزيئات صغيرة جداً تسمى ذرات.
- ذرات عنصر معين متطابقة في الحجم والكتلة والخصائص الأخرى؛ تختلف ذرات العناصر المختلفة في الحجم والكتلة والخصائص الأخرى.
- لا يمكن تقسيم الذرات أو إنشاؤها أو تدميرها.
- تتحد ذرات العناصر المختلفة بنسب عدد صحيح بسيطة لتشكيل المركبات الكيميائية.
- في التفاعلات الكيميائية، يتم دمج الذرات أو فصلها أو إعادة ترتيبها.
في أول نقاش منشور موسع له للنظرية الذرية 1808، اقترح دالتون قاعدة إضافية ومثيرة للجدل تسمى "قاعدة أعظم البساطة". لم تكن هذه القاعدة قابلة للتأكيد بشكل مستقل، لكن بعض هذه الافتراضات كانت ضرورية من أجل اقتراح صيغ لعدد قليل من الجزيئات البسيطة، والتي يعتمد عليها حساب الأوزان الذرية. نصت هذه القاعدة على أنه إذا كانت معروفة أن ذرات عنصرين مختلفين تشكل مركباً واحداً فقط، مثل الهيدروجين والأكسجين يشكلان الماء أو الهيدروجين والنيتروجين يشكلان الأمونيا، فيجب افتراض أن جزيئات هذا المركب تتكون من ذرة واحدة من كل عنصر. بالنسبة للعناصر التي تتحد بنسب متعددة، مثل أكسيدي الكربون المعروفة آنذاك أو أكاسيد النيتروجين الثلاثة، كان يُفترض أن تكون تركيباتها هي الأبسط الممكنة. على سبيل المثال، إذا كانت معروفة تركيبتان من هذا القبيل، فيجب أن تتكون إحداهما من ذرة من كل عنصر، والأخرى يجب أن تتكون من ذرة واحدة من عنصر واحد وذرتين من الآخر.
كان هذا مجرد افتراض، مشتق من الإيمان ببساطة الطبيعة. لم تكن هناك أد
