John Dalton는 영국의 화학자, 물리학자, 기상학자였습니다. 그는 화학에 원자론을 도입한 것과 색맹 연구(그의 이름을 따서 Daltonism이라고 불리기도 함)로 가장 잘 알려져 있습니다.
초기 생애
John Dalton은 영국 Cumberland의 Cockermouth 근처 Eaglesfield에서 Quaker 가족으로 태어났습니다. 그의 아버지는 직조공이었습니다. 그는 아버지와 Pardshaw Hall 근처 마을에서 사립학교를 운영했던 Quaker John Fletcher로부터 초등 교육을 받았습니다. Dalton의 가족은 그를 오래 부양할 만큼 부유하지 못했고, 그는 열 살부터 부유한 지역 Quaker Elihu Robinson의 서비스로 생계를 시작했습니다.
초기 경력
15세일 때, Dalton은 형 Jonathan과 함께 Westmorland의 Kendal에 있는 Quaker 학교를 운영하기 시작했으며, 이는 그의 집으로부터 약 45마일(72 km) 떨어진 곳입니다. 23세 경 Dalton은 법학이나 의학 공부를 고려했을 수도 있지만, 그의 친척들은 그를 권장하지 않았으며, 아마도 Dissenter였기 때문에 영국 대학에 다닐 수 없었을 것입니다.
그는 과학과 예술에 재능이 있는 맹인 철학자 John Gough로부터 비공식적인 교육을 통해 많은 과학 지식을 습득했습니다. 27세에 그는 Manchester의 "New College"(dissenting academy로서, 위치 변경을 거쳐 Harris Manchester College, Oxford의 직계 후속 기관)에서 수학과 자연철학 교사로 임명되었습니다. 그는 34세까지 그곳에 머물렀으며, 그 후 대학의 악화된 재정 상황으로 인해 그는 직책을 사직하고 수학과 자연철학의 개인 교사로 새로운 경력을 시작했습니다.
과학적 업적
기상학
Dalton의 초기 생애는 저명한 Quaker인 Elihu Robinson(Cumbria의 Eaglesfield 출신의 유능한 기상학자이자 악기 제작자)의 영향을 받았으며, 그는 Dalton에게 수학 및 기상학의 문제에 관심을 갖게 했습니다. Kendal에서의 해 동안 Dalton은 The Ladies' Diary와 Gentleman's Diary에서 다양한 주제에 대한 문제 해결책을 제공하고 질문에 답했습니다. 1787년 21세에 그는 기상 관측 일지를 시작했으며, 그 후 57년 동안 200,000개 이상의 관측값을 기록했습니다. 그는 이 시기에 현재 Hadley cell로 알려진 George Hadley의 대기 순환 이론을 다시 발견했습니다. 1793년 Dalton의 첫 번째 출판물인 Meteorological Observations and Essays는 그의 후기 발견의 씨앗을 포함했지만, 그 독창성에도 불구하고 다른 학자들로부터 거의 주목을 받지 못했습니다. Dalton의 두 번째 저작인 Elements of English Grammar or A new system of grammatical instruction: for the use of schools and academies는 1801년에 출판되었습니다.
산 높이 측정
Lake District를 떠난 후, Dalton은 매년 휴가를 보내며 기상학 연구를 했으며, 이는 많은 산악 등반을 포함했습니다. 비행기와 기상 기구의 출현 이전에, 고도에서 온도와 습도를 측정하는 유일한 방법은 산에 올라가는 것이었습니다. Dalton은 기압계를 사용하여 높이를 추정했습니다. Ordnance Survey는 1860년대까지 Lake District의 지도를 출판하지 않았습니다. 그 이전에 Dalton은 이 지역 산의 높이에 대한 몇 안 되는 권위자 중 한 명이었습니다. 그는 종종 Jonathan Otley와 함께했으며, Jonathan Otley도 지역 봉우리의 높이를 연구했으며 Dalton의 수치를 사용하여 자신의 작업을 확인했습니다. Otley는 1818년의 지도에 자신의 정보를 출판했습니다. Otley는 Dalton의 보조자이자 친구가 되었습니다.
색맹
1794년, Manchester에 도착한 직후 Dalton은 Manchester Literary and Philosophical Society("Lit & Phil")의 회원으로 선출되었으며, 몇 주 후 그는 "Extraordinary facts relating to the vision of colours"에 대한 첫 번째 논문을 발표했으며, 여기서 그는 색 감지의 부족이 안구액의 변색으로 인해 발생했다고 가정했습니다. 그와 그의 형이 모두 색맹이었기 때문에, 그는 이 상태가 유전적이어야 한다고 인식했습니다.
Dalton의 이론이 그의 생전에 신용을 잃었지만, 시각 문제에 대한 그의 철저하고 체계적인 연구가 광범위하게 인식되어 Daltonism이 색맹의 일반적인 용어가 되었습니다. 1995년 그의 보존된 안구 검사는 Dalton이 덜 흔한 종류의 색맹인 deuteroanopia(중간 파장에 민감한 원뿔세포가 가장 흔한 색맹 deuteroanomaly처럼 변형된 형태의 색소로 기능하는 것이 아니라 누락되어 있음)를 가지고 있었음을 입증했습니다. 광 스펙트럼의 파란색과 보라색 외에도 그는 노란색 하나의 색상만 인식할 수 있었으며, 한 논문에서 다음과 같이 말했습니다:
다른 사람들이 빨간색이라고 부르는 이미지의 그 부분은 나에게 거의 그림자이거나 빛의 결함으로 보입니다. 그 다음 주황색, 노란색, 초록색이 한 색깔로 보이는데, 이는 강렬한 것에서 드문 노란색으로 상당히 균일하게 내려가며, 내가 노란색의 다양한 음영이라고 부를 것입니다.
기체 법칙
1800년, Dalton은 Manchester Literary and Philosophical Society의 비서가 되었으며, 다음 해 그는 혼합 기체의 구성에 대한 "Experimental Essays"라는 중요한 일련의 강의를 발표했습니다. 진공 및 공기에서 다양한 온도에서의 증기 및 기타 증기의 압력; 증발; 및 기체의 열팽창에 관해. 1801년 10월 2일부터 30일 사이에 발표된 4개의 논문은 1802년 Manchester Literary and Philosophical Society의 Memoirs에 출판되었습니다.
두 번째 논문은 다음 발언으로 시작합니다:
어떤 종류의 탄성 유체도 액체로 환원될 수 있는 것에 대해 거의 의심의 여지가 없습니다. 그리고 우리는 낮은 온도와 혼합되지 않은 기체에 가해지는 강한 압력으로 효과를 내는 것을 절망할 필요가 없습니다.
0과 100 °C(32와 212 °F) 사이의 다양한 지점에서 증기 압력을 확인하기 위한 실험을 설명한 후, Dalton은 6가지 다른 액체의 증기 압력 관측값으로부터 모든 액체의 증기 압력 변화가 동등하다는 결론을 내렸으며, 이는 동일한 온도 변화에 해당합니다.
네 번째 논문에서 그는 다음과 같이 말합니다:
우리가 같은 압력 하에서 모든 탄성 유체가 열로 동등하게 팽창한다고 결론지을 수 없는 충분한 이유가 없다고 봅니다. 그리고 수은의 주어진 팽창에 대해, 공기의 해당 팽창은 온도가 높을수록 비례적으로 다소 적습니다. ... 따라서 열의 절대 량과 성질에 관한 일반적인 법칙이 다른 물질보다 탄성 유체에서 도출될 가능성이 더 높은 것으로 보입니다.
그는 1802년 Joseph Louis Gay-Lussac에 의해 발표된 Gay-Lussac의 법칙을 표명했습니다. Gay-Lussac는 1780년대의 미발표 작업에 대해 Jacques Charles에게 발견을 인정했습니다. 강의 후 2~3년 동안 Dalton은 유사한 주제에 대한 여러 논문을 발표했습니다. 1803년 10월 21일에 강의로 읽혀진 "On the Absorption of Gases by Water and other Liquids"는 1805년에 처음 출판되었으며 현재 Dalton의 법칙으로 알려진 부분 압력 법칙을 포함했습니다.
원자론
Dalton의 모든 조사 중 가장 중요한 것은 화학의 원자론과 관련이 있습니다. 그의 이름이 이 이론과 불가분의 관계가 있지만, Dalton의 원자론의 기원은 완전히 이해되지 않습니다. 이 이론은 ethylene(olefiant gas)과 methane(carburetted hydrogen)에 대한 연구로 인해 그에게 제안되었을 수도 있고, nitrous oxide(protoxide of azote)와 nitrogen dioxide(deutoxide of azote)의 분석으로 인해 제안되었을 수도 있으며, 두 견해 모두 Thomas Thomson의 권위에 근거합니다.
1814년부터 1819년까지 아일랜드의 화학자 William Higgins는 Dalton이 자신의 아이디어를 표절했다고 주장했지만, Higgins의 이론은 상대 원자 질량을 다루지 않았습니다. 그러나 최근 증거는 Dalton의 사고 발전이 또 다른 아일랜드 화학자 Bryan Higgins(William의 삼촌)의 아이디어에 의해 영향을 받았을 수 있음을 시사합니다. Bryan은 원자가 당시 열의 가정된 물질인 caloric의 대기로 둘러싸인 무거운 중앙 입자라고 믿었습니다. 원자의 크기는 caloric 대기의 지름에 의해 결정되었습니다. 증거를 기반으로, Dalton은 Bryan의 이론을 인식했고 매우 유사한 아이디어와 언어를 채택했지만, Bryan의 caloric 모델에 대한 선취를 절대 인정하지 않았습니다. 그러나 Dalton의 원자론의 본질적 참신성은 화학 원소에 대한 상대 원자 가중치를 계산하는 방법을 제공했으며, 이는 Bryan이나 William Higgins 중 누구도 하지 않았습니다. 이 중요한 단계에 대한 그의 우선권은 의심의 여지가 없습니다.
Manchester Literary and Philosophical Society의 방에서 발견된 Dalton의 실험실 노트북에 대한 연구는 Dalton이 다중 비율의 법칙을 설명하려는 탐색에 의해 화학 결합이 일정하고 특징적인 무게의 원자 상호작용으로 구성된다는 아이디어로 이끌어진 것이 아니라, 원자의 아이디어는 순전히 물리적 개념으로 그의 마음에 생겼으며, 그는 대기 및 기타 기체의 물리적 성질에 대한 연구에 의해 강제되었다는 결론을 내렸습니다. 이 아이디어의 첫 번째 발표된 표시는 이미 언급한 "On the Absorption of Gases by Water and other Liquids"라는 논문의 끝에서 찾을 수 있습니다. 거기서 그는 다음과 같이 말합니다:
물이 모든 종류의 기체를 동등하게 받아들이지 않는 이유는 무엇입니까? 이 질문을 충분히 고려했고, 완전히 만족시킬 수는 없지만 거의 설득당했습니다. 그 상황은 여러 기체의 궁극적 입자의 무게와 수에 달려 있습니다.
그는 그 후 세부 사항에 들어가지 않고 몇 가지 원소의 원자에 대한 상대 가중치를 제안합니다.
Dalton의 원자론의 주요 요점들(최종적으로 발전하면서)은 다음과 같습니다:
- 원소는 원자라고 불리는 매우 작은 입자로 이루어져 있습니다.
- 주어진 원소의 원자는 크기, 질량 및 기타 성질이 동일합니다. 다른 원소의 원자는 크기, 질량 및 기타 성질이 다릅니다.
- 원자는 세분될 수 없으며, 생성되거나 파괴될 수 없습니다.
- 다른 원소의 원자는 단순한 정수 비율로 결합하여 화학 화합물을 형성합니다.
- 화학 반응에서 원자는 결합, 분리 또는 재배열됩니다.
원자론에 대한 그의 첫 번째 확장된 발표 논의인 1808년에 Dalton은 추가적이고 논쟁의 여지가 있는 "최대 단순성 규칙"을 제안했습니다. 이 규칙은 독립적으로 확인할 수 없었지만, 원자 가중치의 계산이 의존하는 몇 가지 단순한 분자의 공식을 제안하기 위해서는 어떤 가정이 필요했습니다. 이 규칙은 두 개의 다른 원소의 원자가 물과 같이 수소와 산소를 형성하거나 암모니아와 같이 수소와 질소를 형성하는 단 하나의 화합물만을 형성하는 것으로 알려져 있다면, 그 화합물의 분자는 각 원소의 한 원자로 구성된 것으로 가정되어야 한다고 규정했습니다. 당시 알려진 탄소의 두 산화물 또는 질소의 세 산화물과 같이 여러 비율로 결합한 원소의 경우, 그들의 결합은 가능한 가장 단순한 것으로 가정되었습니다. 예를 들어, 그러한 두 가지 결합이 알려져 있다면, 하나는 각 원소의 한 원자로 구성되어야 하고, 다른 하나는 한 원소의 한 원자와 다른 원소의 두 원자로 구성되어야 합니다.
이는 자연의 단순성에 대한 신앙에서 파생된 단순한 가정에 불과했습니다. 당시 과학자들이 각 원소의 몇 개의 원자가 분자를 형성하기 위해 결합하는지 추론할 수 있는 증거는 없었습니다. 하지만 이 규칙이나 어떤 다른 그러한 규칙이 절대적으로 필요했습니다. 왜냐하면 상대 원자 가중치를 계산하기 위해서는 가정된 분자 공식이 필요했기 때문입니다. Dalton의 "최대 단순성 규칙"은 그로 하여금 물의 공식이 OH이고 암모니아가 NH라고 가정하게 했으며, 이는 우리의 현대 이해인 H2O, NH3과 상당히 다릅니다. 반면에 그의 단순성 규칙은 그로 하여금 탄소의 두 산화물의 올바른 현대 공식인 CO와 CO2를 제안하도록 이끌었습니다. Dalton의 원자론의 심장에 있는 불확실성에도 불구하고, 이 이론의 원리들은 생존했습니다.
원자 가중치
Dalton은 6가지 원소(수소, 산소, 질소, 탄소, 황, 인)를 포함하는 상대 원자 가중치의 첫 번째 표를 발표했으며, 기준은 통상적으로 1로 간주되는 수소 원자의 무게에 대한 것입니다. 이것들은 상대 무게일 뿐이므로 무게 단위가 첨부되지 않았습니다. Dalton은 이
