John Dalton fue un químico, físico y meteorólogo inglés. Es mejor conocido por introducir la teoría atómica en la química y por su investigación sobre el daltonismo, una enfermedad a veces referida como daltonismo en su honor.
Primeros años
John Dalton nació en una familia cuáquera de Eaglesfield, cerca de Cockermouth, en Cumberland, Inglaterra. Su padre era tejedor. Recibió su educación inicial de su padre y del cuáquero John Fletcher, quien dirigía una escuela privada en el cercano pueblo de Pardshaw Hall. La familia de Dalton era demasiado pobre para sostenerlo durante mucho tiempo y comenzó a ganarse la vida, desde los diez años, al servicio del acomodado cuáquero local Elihu Robinson.
Primeros trabajos
Cuando tenía 15 años, Dalton se unió a su hermano mayor Jonathan para dirigir una escuela cuáquera en Kendal, Westmorland, aproximadamente a 45 millas 72 km de su hogar. Alrededor de los 23 años, Dalton pudo haber considerado estudiar derecho o medicina, pero sus parientes no lo alentaron, quizás porque siendo un disidente, le estaba prohibido asistir a las universidades inglesas.
Adquirió mucho conocimiento científico de la instrucción informal de John Gough, un filósofo ciego que era dotado en las ciencias y las artes. A los 27 años fue nombrado profesor de matemáticas y filosofía natural en la "New College" en Manchester, una academia disidente que es el predecesor lineal, después de varios cambios de ubicación, del Harris Manchester College, Oxford. Permaneció allí hasta los 34 años, cuando la situación financiera decreciente del colegio lo llevó a renunciar a su puesto y comenzar una nueva carrera como tutor privado de matemáticas y filosofía natural.
Trabajo científico
Meteorología
Los primeros años de vida de Dalton fueron influenciados por un prominente cuáquero, Elihu Robinson, un meteorólogo competente y fabricante de instrumentos, de Eaglesfield, Cumbria, quien lo interesó en problemas de matemáticas y meteorología. Durante sus años en Kendal, Dalton contribuyó soluciones a problemas y respondió preguntas sobre diversos temas en The Ladies' Diary y el Gentleman's Diary. En 1787, a los 21 años, comenzó su diario meteorológico en el cual, durante los 57 años siguientes, registró más de 200.000 observaciones. Redescubrió la teoría de la circulación atmosférica de George Hadley, ahora conocida como la célula de Hadley, alrededor de esta época. En 1793, la primera publicación de Dalton, Meteorological Observations and Essays, contenía las semillas de varios de sus descubrimientos posteriores, pero a pesar de la originalidad de su tratamiento, poca atención fue prestada por otros eruditos. Una segunda obra de Dalton, Elements of English Grammar or A new system of grammatical instruction: for the use of schools and academies, fue publicada en 1801.
Midiendo montañas
Después de dejar la región de los Lagos, Dalton regresaba anualmente para pasar sus vacaciones estudiando meteorología, algo que implicaba mucho caminar por las colinas. Hasta la llegada de los aeroplanos y los globos meteorológicos, la única manera de hacer mediciones de temperatura y humedad a altitud era escalar una montaña. Dalton estimó la altura utilizando un barómetro. La Ordnance Survey no publicó mapas de la región de los Lagos hasta los años 1860. Antes de eso, Dalton fue una de las pocas autoridades sobre las alturas de las montañas de la región. A menudo fue acompañado por Jonathan Otley, quien también hizo un estudio de las alturas de los picos locales, utilizando las cifras de Dalton como comparación para verificar su trabajo. Otley publicó su información en su mapa de 1818. Otley se convirtió tanto en asistente como en amigo de Dalton.
Daltonismo
En 1794, poco después de su llegada a Manchester, Dalton fue elegido miembro de la Manchester Literary and Philosophical Society, la "Lit & Phil", y pocas semanas después comunicó su primer artículo sobre "Extraordinary facts relating to the vision of colours", en el cual postuló que la deficiencia en la percepción del color era causada por la decoloración del medio líquido del globo ocular. Como tanto él como su hermano eran daltónicos, reconoció que la condición debía ser hereditaria.
Aunque la teoría de Dalton perdió credibilidad durante su vida, la naturaleza exhaustiva y metódica de su investigación sobre su problema visual fue tan ampliamente reconocida que el daltonismo se convirtió en un término común para la ceguera al color. El examen de su globo ocular preservado en 1995 demostró que Dalton tenía un tipo menos común de ceguera al color, deuteranopia, en la cual faltan los conos sensibles a longitudes de onda medias en lugar de funcionar con una forma mutada de pigmento, como en el tipo más común de ceguera al color, deuteranomalía. Además del azul y púrpura del espectro óptico, solo pudo reconocer un color, amarillo, o, como dijo en un artículo,
That part of the image which others call red, appears to me little more than a shade, or defect of light; after that the orange, yellow and green seem one colour, which descends pretty uniformly from an intense to a rare yellow, making what I should call different shades of yellow.
Leyes de los gases
En 1800, Dalton se convirtió en secretario de la Manchester Literary and Philosophical Society, y al año siguiente presentó una importante serie de conferencias, tituladas "Experimental Essays" sobre la constitución de gases mixtos; la presión del vapor y otros vapores a diferentes temperaturas en el vacío y en el aire; sobre evaporación; y sobre la expansión térmica de los gases. Los cuatro ensayos, presentados entre el 2 y el 30 de octubre de 1801, fueron publicados en las Memoirs of the Literary and Philosophical Society of Manchester en 1802.
El segundo ensayo comienza con la observación,
There can scarcely be a doubt entertained respecting the reducibility of all elastic fluids of whatever kind, into liquids; and we ought not to despair of effecting it in low temperatures and by strong pressures exerted upon the unmixed gases further.
Después de describir experimentos para determinar la presión del vapor en varios puntos entre 0 y 100 °C 32 y 212 °F, Dalton concluyó de las observaciones de la presión de vapor de seis líquidos diferentes, que la variación de la presión de vapor para todos los líquidos es equivalente, para la misma variación de temperatura, calculada desde el vapor de cualquier presión dada.
En el cuarto ensayo comenta:
I see no sufficient reason why we may not conclude, that all elastic fluids under the same pressure expand equally by heat—and that for any given expansion of mercury, the corresponding expansion of air is proportionally something less, the higher the temperature. ... It seems, therefore, that general laws respecting the absolute quantity and the nature of heat, are more likely to be derived from elastic fluids than from other substances.
Enunció la ley de Gay-Lussac, publicada en 1802 por Joseph Louis Gay-Lussac Gay-Lussac atribuyó el descubrimiento a un trabajo inédito de los años 1780 por Jacques Charles. En los dos o tres años posteriores a las conferencias, Dalton publicó varios artículos sobre temas similares. "On the Absorption of Gases by Water and other Liquids" leído como una conferencia el 21 de octubre de 1803, publicado por primera vez en 1805, contenía su ley de presiones parciales ahora conocida como la ley de Dalton.
Teoría atómica
Las investigaciones más importantes de todas las de Dalton se refieren a la teoría atómica en la química. Si bien su nombre está inseparablemente asociado con esta teoría, el origen de la teoría atómica de Dalton no se entiende completamente. La teoría pudo haber sido sugerida por investigaciones sobre etileno gas olefianante y metano hidrógeno carburado o por análisis de óxido nitroso protóxido de acote y dióxido de nitrógeno deutóxido de acote, ambas visiones descansando en la autoridad de Thomas Thomson.
De 1814 a 1819, el químico irlandés William Higgins afirmó que Dalton había plagiado sus ideas, pero la teoría de Higgins no abordó la masa atómica relativa. Sin embargo, evidencia reciente sugiere que el desarrollo del pensamiento de Dalton pudo haber sido influenciado por las ideas de otro químico irlandés Bryan Higgins, quien era el tío de William. Bryan creía que un átomo era una partícula central pesada rodeada por una atmósfera de calórico, la supuesta sustancia del calor en esa época. El tamaño del átomo fue determinado por el diámetro de la atmósfera calórica. Basado en la evidencia, Dalton fue consciente de la teoría de Bryan y adoptó ideas y lenguaje muy similares, pero nunca reconoció la anticipación de Bryan de su modelo calórico. Sin embargo, la novedad esencial de la teoría atómica de Dalton es que proporcionó un método para calcular los pesos atómicos relativos de los elementos químicos, algo que ni Bryan ni William Higgins hicieron; su prioridad por ese paso crucial es incontestable.
Un estudio de los cuadernos de laboratorio de Dalton, descubiertos en las salas de la Manchester Literary and Philosophical Society, concluyó que Dalton, lejos de ser llevado por su búsqueda de una explicación de la ley de proporciones múltiples a la idea de que la combinación química consiste en la interacción de átomos de peso definido y característico, la idea de los átomos surgió en su mente como un concepto puramente físico, impuesto por el estudio de las propiedades físicas de la atmósfera y otros gases. Las primeras indicaciones publicadas de esta idea se encuentran al final de su artículo "On the Absorption of Gases by Water and other Liquids" ya mencionado. Allí dice:
Why does not water admit its bulk of every kind of gas alike? This question I have duly considered, and though I am not able to satisfy myself completely I am nearly persuaded that the circumstance depends on the weight and number of the ultimate particles of the several gases.
Luego propone pesos relativos para los átomos de algunos elementos, sin entrar en más detalles.
Los puntos principales de la teoría atómica de Dalton, tal como se desarrolló eventualmente, son:
- Los elementos están hechos de partículas extremadamente pequeñas llamadas átomos.
- Los átomos de un elemento dado son idénticos en tamaño, masa y otras propiedades; los átomos de elementos diferentes difieren en tamaño, masa y otras propiedades.
- Los átomos no pueden ser subdivididos, creados o destruidos.
- Los átomos de elementos diferentes se combinan en proporciones simples de números enteros para formar compuestos químicos.
- En las reacciones químicas, los átomos se combinan, se separan o se reorganizan.
En su primer análisis extenso publicado de la teoría atómica 1808, Dalton propuso una "regla de mayor simplicidad" adicional y controvertida. Esta regla no pudo ser confirmada independientemente, pero alguna suposición así era necesaria para proponer fórmulas para algunas moléculas simples, sobre las cuales dependía el cálculo de pesos atómicos. Esta regla dictaba que si se sabía que los átomos de dos elementos diferentes formaban solo un compuesto, como el hidrógeno y el oxígeno formando agua o el hidrógeno y el nitrógeno formando amoníaco, se supondría que las moléculas de ese compuesto consisten en un átomo de cada elemento. Para elementos que se combinaban en proporciones múltiples, como los dos óxidos de carbono conocidos entonces o los tres óxidos de nitrógeno, se suponía que sus combinaciones eran las más simples posibles. Por ejemplo, si se conocen dos tales combinaciones, una debe consistir en un átomo de cada elemento, y la otra debe consistir en un átomo de un elemento y dos átomos del otro.
Esta fue meramente una suposición, derivada de la fe en la simplicidad de la naturaleza. Ninguna evidencia estaba entonces disponible para que los científicos dedujeran cuántos átomos de cada elemento se combinan para formar moléculas. Pero esta u otra regla tal era absolutamente necesaria para cualquier teoría incipiente, ya que se necesitaba una fórmula molecular asumida para calcular pesos atómicos relativos. La "regla de mayor simplicidad" de Dalton lo llevó a asumir que la fórmula del agua era OH y la del amoníaco era NH, bastante diferente de nuestra comprensión moderna H2O, NH3. Por otro lado, su regla de simplicidad lo llevó a proponer las fórmulas modernas correctas para los dos óxidos de carbono CO y CO2. A pesar de la incertidumbre en el corazón de la teoría atómica de Dalton, los principios de la teoría sobrevivieron.
Pesos atómicos
Dalton publicó su primera tabla de pesos atómicos relativos que contenía seis elementos hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, carbono, azufre y fósforo, relativos al peso de un átomo de hidrógeno convencionalmente tomado como 1. Como estos eran solo pesos relativos, no tienen una unidad de peso adjunta. Dalton no proporcionó indicación en este artículo de cómo había llegado a estos números, pero en su cuaderno de laboratorio, fechado el 6 de septiembre de 1803, hay una lista en la cual estableció los pesos relativos de los átomos de varios elementos, derivados del análisis del agua, amoníaco, dióxido de carbono, etc. por químicos de la época.
La extensión de esta idea a sustancias en general necesariamente lo llevó a la ley de proporciones múltiples, y la comparación con el experimento confirmó brillantemente su deducción. En el artículo "On the Proportion of the Several Gases in the Atmosphere", leído por él en noviembre de 1802, la ley de proporciones múltiples parece ser anticipada en las palabras:
The elements of oxygen may combine with a certain portion of nitrous gas or with twice that portion, but with no intermediate quantity.
But there
