John Daltonはイギリスの化学者、物理学者、気象学者でした。彼は化学に原子論を導入したことで最もよく知られており、色盲に関する研究でも知られています。この研究は彼の名誉のためにDaltonismと呼ばれることもあります。
初期人生
John Daltonはイギリスのカンバーランド州Cockermouth近くのEaglesfieldのクエーカー教徒の家族に生まれました。彼の父親は織機工でした。彼は父親とクエーカー教徒のJohn Fletcherから早期教育を受けました。John Fletcherは近くのPardshaw Hallの村で私立学校を経営していました。Daltonの家族は長く彼を扶養するには貧しかったため、彼は10歳から裕福な地元のクエーカー教徒Elihu Robinsonのもとで働くことで生計を立て始めました。
初期のキャリア
15歳のとき、Daltonは兄のJonathanと一緒にWestmorland州のKendalでクエーカー学校を経営しました。自宅から約45マイル72 kmの場所でした。23歳の頃、Daltonは法律または医学の研究を検討した可能性がありますが、彼の親戚は彼を励ましませんでした。おそらく彼がDissenterであったため、イギリスの大学に通うことが禁止されていたためです。
彼は盲目の哲学者で科学と芸術に才能があったJohn Goughからの非公式な指導により多くの科学知識を習得しました。27歳のとき、彼はManchester の「New College」で数学と自然哲学の教師に任命されました。これはDissenting academyであり、いくつかの場所の変更を経た後、Harris Manchester College、Oxfordの直系の前身です。彼は34歳まで留まりましたが、その時点で大学の悪化する財政状況により彼は職を辞め、数学と自然哲学の家庭教師として新しいキャリアを始めました。
科学的業績
気象学
Daltonの初期人生は著名なクエーカー教徒Elihu Robinsonに影響を受けました。Elihu Robinsonはプロの気象学者で楽器職人で、Cumbria州のEaglesfieldからでした。彼はDaltonに数学と気象学の問題に興味を持たせました。Kendalでの彼の年間、Daltonはvarious subjects の問題への解決策を貢献し、The Ladies' DiaryとGentleman's Diaryの質問に答えました。1787年の21歳のとき、彼は気象観測日誌を始めました。その後57年間、彼は20万以上の観察を記録しました。彼はこの頃、現在Hadley cellとして知られているGeorge Hadleyの大気循環の理論を再発見しました。1793年、Daltonの最初の出版物であるMeteorological Observations and Essays は、後の彼の発見のいくつかの萌芽を含んでいましたが、彼の治療の独創性にもかかわらず、他の学者からはほとんど注目されませんでした。Daltonの2番目の著作である「Elements of English Grammar or A new system of grammatical instruction: for the use of schools and academies」は1801年に出版されました。
山の測定
Lake Districtを離れた後、Daltonは毎年休暇中に気象学を研究するために戻りました。これには多くのハイキングが含まれました。飛行機と気象バルーンが出現するまで、高度での気温と湿度の測定を行う唯一の方法は山を登ることでした。Daltonは気圧計を使用して高さを推定しました。Ordnance Surveyは1860年代までLake DistrictのためのマップをPublishしませんでした。それ以前は、Daltonはその地域の山々の高さについての数少ない権威の一人でした。彼はしばしばJonathan Otleyに同行しました。Jonathan Otleyはまたその地元の峰の高さを研究し、彼の仕事を確認するための比較としてDaltonの数字を使用しました。Otleyは彼の1818年のマップで彼の情報を公表しました。Otleyはその後Daltonのアシスタントと友人の両方になりました。
色盲
1794年、Manchester到着後間もなく、DaltonはManchester Literary and Philosophical Society「Lit & Phil」のメンバーに選出されました。数週間後、彼は「Extraordinary facts relating to the vision of colours」に関する最初の論文を発表しました。その中で彼は色知覚の不足が眼球の液体媒体の変色によって引き起こされたと仮定しました。彼と彼の兄の両方が色盲であったため、彼はこの状態が遺伝的に受け継がれたものに違いないと認識しました。
Daltonの理論は彼の生涯中に信用を失いましたが、彼の視覚問題への研究の徹底的かつ体系的な性質は広く認識されたため、Daltonismは色盲の一般的な用語となりました。1995年に保存された彼の眼球の検査により、Daltonはより珍しい種類の色盲、deuteranopiaを持っていることが示されました。これは中波長感受性錐体が欠けている状態です。最も一般的な種類の色盲deuteranomalyでは、色素の変異した形態で機能しています。光学スペクトラムの青と紫の他に、彼は黄色という1つの色だけを認識することができました。または彼が論文で述べたように、
他の人が赤と呼ぶ画像の部分は、私にとってはほぼ影、または光の欠陥以上に見えません。その後、オレンジ、黄、緑は1つの色に見え、それは激しい黄色から希薄な黄色へとかなり均一に低下しており、私が黄色の異なる色合いと呼ぶべきものを作成しています。
気体法則
1800年、Daltonはメンバーの秘書になりましたManchester Literary and Philosophical Society秘書となり、翌年、彼は重要な一連の講演を行いました。これは「Experimental Essays」と題されており、混合気体の構成について、真空と空気中でのさまざまな温度での蒸気および他の蒸気の圧力、蒸発、および気体の熱膨張についてでした。2月30日から2月30日までに行われた4つのエッセイOctober 1801は、1802年のManchester Literary and Philosophical Societyの回想録で公表されました。
第2エッセイは以下の発言で開かれます。
あらゆる種類の弾性流体をすべて液体に還元できることについて、ほとんど疑いの余地がありません。低温と強い圧力によって、混合されていない気体に対して効果を上げることを絶望してはいけません。
0〜100℃32〜212℉の様々なポイントでの蒸気圧を確認するための実験を説明した後、Daltonは6つの異なる液体の蒸気圧の観察から、すべての液体の蒸気圧の変動は、同じ温度変動に対して同等であると結論付けました。任意の与えられた圧力の蒸気から計算すると。
第4エッセイでは、彼は以下のように述べています。
同じ圧力下のすべての弾性流体が熱によって等しく膨張し、水銀の任意の与えられた膨張に対して、対応する空気の膨張は比例的に何かもっと少なく、温度が高いほど少ないと結論付けないことに十分な理由があるとは思いません。...したがって、熱の絶対量と性質に関する一般法則は、他の物質よりも弾性流体から導き出される可能性が高いようです。
彼はGay-Lussacの法則を声明しました。これは1802年にJoseph Louis Gay-Lussacによって公表されました。Gay-Lussacは発見を1780年代のJacques Charlesからの未発表の著作に帰しました。講演に続く2〜3年間で、Daltonは同様のトピックで複数の論文を公表しました。「On the Absorption of Gases by Water and other Liquids」は1803年10月21日に講演として読まれ、1805年に最初に出版されました。これは現在Dalton の法則として知られている彼の部分圧力の法則を含んでいました。
原子論
Daltonのすべての調査の中で最も重要なのは、化学における原子論に関係しています。彼の名前はこの理論と不可分に関連付けられていますが、Daltonの原子論の起源は完全には理解されていません。この理論は、エチレン(オレフィアントガス)とメタン(カービューレッドハイドロゲン)の研究、または亜酸化窒素(プロトキシドアゾット)と二酸化窒素(重酸化アゾット)の分析のいずれかによって彼に示唆された可能性があります。両方のビューはThomas Thomsonの権威に基づいています。
1814年から1819年まで、アイルランドの化学者William Higginsは、Daltonが彼の考えを盗作したと主張しましたが、Higginsの理論は相対原子質量に対処しませんでした。しかし、最近の証拠は、Daltonの思考の発展がWilliamの叔父である別のアイルランドの化学者Bryan Higginsのアイデアに影響された可能性があることを示唆しています。Bryanは、原子が熱の気体を取り巻く大気(当時の熱の仮定的な物質)に囲まれた重い中心粒子であると信じていました。原子のサイズは気体大気の直径によって決定されました。証拠に基づいて、Daltonはbryanの理論を知っており、非常に似たアイデアと言語を採用しましたが、彼はBryanの気体モデルの期待を決して認めませんでした。しかし、Daltonの原子論の本質的な新規性は、彼が化学元素の相対原子量を計算する方法を提供したことです。BryanもWilliam Higginsも行いませんでした。その重要なステップの優先順位は異議を唱えられていません。
Manchester Literary and Philosophical Societyの部屋で発見されたDaltonの実験室ノートブックの研究は、Daltonが複数の比の法則の説明を求めることによって導かれるのではなく、化学的結合が定義された特性的な重量の原子の相互作用から構成されるという考え方をされたことを結論付けました。原子のアイデアは、彼の心の中で純粋に物理的な概念として起こりました。大気および他の気体の物理的性質の研究によって彼に強制されました。このアイデアの最初に公開されたインジケーションは、すでに言及された論文「On the Absorption of Gases by Water and other Liquids」の最後に見られます。そこで彼は言っています。
水がすべての種類の気体の嵩を同じように認めないのはなぜですか?この質問は私が十分に検討しました。そして、私は自分自身を完全に満たすことができませんが、私はこの状況が様々な気体の最終粒子の重さと数に依存していることにほぼ確信しています。
その後、彼はさらなる詳細に進むことなく、いくつかの要素の原子の相対的な重量を提案しています。
Daltonの原子論の主要なポイントは、最終的に発展したため、次のとおりです。
- 元素は原子と呼ばれる非常に小さい粒子で構成されています。
- 与えられた要素の原子は、サイズ、質量、および他の特性で同一です。異なる要素の原子はサイズ、質量、および他の特性で異なります。
- 原子は細分化、作成、または破壊することはできません。
- 異なる要素の原子は、化学化合物を形成するためにシンプルな全数の比で結合します。
- 化学反応では、原子は結合、分離、または並べ替えられます。
原子論の最初の拡張された公開討論1808年に、Daltonは追加の争点のある「最大シンプリシティの規則」を提案しました。この規則は独立して確認されることはできませんでしたが、いくつかの単純な分子の公式を提案するために何らかの仮定が必要でした。これは、原子量の計算が依存していました。この規則は、2つの異なる要素の原子が水を形成する水素と酸素、またはアンモニアを形成する水素と窒素のような1つの化合物だけを形成することが知られていた場合、その化合物の分子は各要素の1つの原子から構成されると仮定されるべきであると指示しました。複数の比で結合する要素、例えば当時知られていた2つの炭素酸化物または3つの窒素酸化物のために、それらの組み合わせは可能な限り単純であると仮定されました。例えば、2つのそのような組み合わせが知られている場合、1つは各要素の原子で構成されている必要があり、もう一方は1つの要素と2つの原子の1つの原子で構成されている必要があります。もう一つ。
これは単に自然のシンプリシティへの信仰から導き出された仮定でした。各要素の原子の数が分子を形成するためにどのように結合するかを推定するための証拠は、当時の科学者に利用できませんでした。しかし、この仮定またはそのような他の規則は、相対原子量を計算するために仮定された分子式が必要であったため、初期理論には絶対に必要でした。Daltonの「最大シンプリシティの規則」は、彼が水の式がOHでアンモニアがNHであると仮定するようにしました。これは現代の理解H2O、NH3とはかなり異なります。一方、彼のシンプリシティの規則は、彼が2つの炭素酸化物CO とCO2の正しい現代の式を提案するようにしました。Daltonの原子論の中心にある不確実性にもかかわらず、その理論の原則は生き残りました。
原子量
Daltonは、6つの要素水素、酸素、窒素、炭素、硫黄、リンを含む相対原子量の最初のテーブルを出版しました。これは慣例的に1と見なされた水素の原子の重量に相対的です。これらはのみ相対的な重量であったため、それらにはそれらに付着した重さの単位がありません。Daltonはこの論文でこれらの数字に彼がどのように到達したかについての指示を提供しませんでしたが、1803年9月6日付けの彼の実験室ノートブックには、当時の化学者による水、アンモニア、二酸化炭素などの分析から導出された多くの要素の原子の相対的な重さを設定したリストがあります。
このアイデアを一般的に物質に拡張することは、必然的に彼を複数の比の法則に導き、実験との比較は彼の控除を素晴らしく確認しました。「On the Proportion of the Several Gases in the Atmosphere」という論文で、1802年11月に彼によって読まれ、複数の比の法則は以下の言葉で予想されるようです。
酸素の要素は亜酸化窒素の一定の部分と、またはその部分の2倍と組み合わせることがありますが、中間量ではありません。
しかし
