John Dalton foi um químico, físico e meteorologista inglês. Ele é mais conhecido por introduzir a teoria atômica na química, e por suas pesquisas sobre daltonismo, às vezes chamado de Daltonismo em sua homenagem.
Primeiros anos
John Dalton nasceu em uma família Quaker de Eaglesfield, perto de Cockermouth, em Cumberland, Inglaterra. Seu pai era um tecelão. Ele recebeu sua educação inicial de seu pai e do Quaker John Fletcher, que dirigia uma escola particular na aldeia próxima de Pardshaw Hall. A família de Dalton era muito pobre para sustentá-lo por muito tempo e ele começou a ganhar a vida, aos dez anos de idade, a serviço do rico Quaker local Elihu Robinson.
Carreira inicial
Aos 15 anos, Dalton se juntou ao seu irmão mais velho Jonathan na administração de uma escola Quaker em Kendal, Westmorland, cerca de 45 milhas 72 km de sua casa. Por volta dos 23 anos, Dalton pode ter considerado estudar direito ou medicina, mas seus parentes não o encorajaram, talvez porque sendo um Dissidente, ele não tinha permissão para frequentar universidades inglesas.
Ele adquiriu muito conhecimento científico a partir da instrução informal por John Gough, um filósofo cego que era dotado nas ciências e artes. Aos 27 anos, foi nomeado professor de matemática e filosofia natural no "New College" em Manchester, uma academia dissidente que era o predecessor em linha reta, seguindo uma série de mudanças de localização, da Harris Manchester College, Oxford. Ele permaneceu lá até os 34 anos, quando a situação financeira deteriorada da faculdade o levou a renunciar ao seu cargo e começar uma nova carreira como tutor particular de matemática e filosofia natural.
Trabalho científico
Meteorologia
A vida inicial de Dalton foi influenciada por um proeminente Quaker, Elihu Robinson, um meteorologista competente e fabricante de instrumentos, de Eaglesfield, Cumbria, que o interessou em problemas de matemática e meteorologia. Durante seus anos em Kendal, Dalton contribuiu com soluções para problemas e respondeu a perguntas sobre vários assuntos em The Ladies' Diary e no Gentleman's Diary. Em 1787, aos 21 anos, ele começou seu diário meteorológico no qual, durante os 57 anos seguintes, registrou mais de 200.000 observações. Ele redescobriu a teoria de George Hadley sobre circulação atmosférica agora conhecida como célula de Hadley por volta dessa época. Em 1793, a primeira publicação de Dalton, Meteorological Observations and Essays, continha os germes de várias de suas descobertas posteriores, mas apesar da originalidade de seu tratamento, pouca atenção foi dada a elas por outros estudiosos. Uma segunda obra de Dalton, Elements of English Grammar or A new system of grammatical instruction: for the use of schools and academies, foi publicada em 1801.
Medindo montanhas
Depois de deixar o Lake District, Dalton retornava anualmente para passar suas férias estudando meteorologia, o que envolvia muito caminhamento em colinas. Até o advento de aviões e balões meteorológicos, a única maneira de fazer medições de temperatura e umidade em altitude era escalar uma montanha. Dalton estimou a altura usando um barômetro. O Ordnance Survey não publicou mapas para o Lake District até a década de 1860. Antes disso, Dalton era uma das poucas autoridades sobre as alturas das montanhas da região. Ele era frequentemente acompanhado por Jonathan Otley, que também fez um estudo das alturas dos picos locais, usando os números de Dalton como comparação para verificar seu trabalho. Otley publicou suas informações em seu mapa de 1818. Otley se tornou tanto um assistente quanto um amigo de Dalton.
Daltonismo
Em 1794, pouco depois de sua chegada em Manchester, Dalton foi eleito membro da Manchester Literary and Philosophical Society, a "Lit & Phil", e algumas semanas depois ele comunicou seu primeiro artigo sobre "Extraordinary facts relating to the vision of colours", no qual ele postulou que a deficiência na percepção de cores era causada pela descoloração do meio líquido do globo ocular. Como ele e seu irmão eram daltônicos, ele reconheceu que a condição deveria ser hereditária.
Embora a teoria de Dalton tenha perdido credibilidade durante sua vida, a natureza completa e metódica de sua pesquisa sobre seu problema visual foi tão amplamente reconhecida que Daltonismo se tornou um termo comum para daltonismo. O exame de seu globo ocular preservado em 1995 demonstrou que Dalton tinha uma forma menos comum de daltonismo, deuteroanopia, na qual os cones sensíveis ao comprimento de onda médio estão ausentes em vez de funcionarem com uma forma mutante de pigmento, como no tipo mais comum de daltonismo, deuteranomalia. Além do azul e roxo do espectro óptico, ele era capaz de reconhecer apenas uma cor, amarela, ou, como ele disse em um artigo,
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.
Leis dos gases
Em 1800, Dalton se tornou secretário da Manchester Literary and Philosophical Society, e no ano seguinte ele apresentou uma série importante de palestras, intitulada "Experimental Essays" sobre a constituição de gases mistos; a pressão do vapor e outros vapores em diferentes temperaturas em vácuo e no ar; sobre evaporação; e sobre a expansão térmica dos gases. Os quatro ensaios, apresentados entre 2 e 30 de outubro de 1801, foram publicados nas Memoirs of the Literary and Philosophical Society of Manchester em 1802.
O segundo ensaio abre com a observação,
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.
Depois de descrever experimentos para determinar a pressão do vapor em vários pontos entre 0 e 100 °C 32 e 212 °F, Dalton concluiu a partir de observações da pressão de vapor de seis líquidos diferentes, que a variação da pressão de vapor para todos os líquidos é equivalente, para a mesma variação de temperatura, contando a partir do vapor de qualquer pressão dada.
No quarto ensaio ele observa:
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.
Ele enunciou a lei de Gay-Lussac, publicada em 1802 por Joseph Louis Gay-Lussac Gay-Lussac creditou a descoberta ao trabalho inédito da década de 1780 por Jacques Charles. Nos dois ou três anos seguintes às palestras, Dalton publicou vários artigos sobre tópicos similares. "On the Absorption of Gases by Water and other Liquids" lido como palestra em 21 de outubro de 1803, publicado pela primeira vez em 1805, continha sua lei de pressões parciais agora conhecida como lei de Dalton.
Teoria atômica
As investigações mais importantes de Dalton dizem respeito à teoria atômica na química. Embora seu nome esteja inseparavelmente associado a essa teoria, a origem da teoria atômica de Dalton não é totalmente compreendida. A teoria pode ter sido sugerida a ele tanto por pesquisas sobre gás etileno olefiant e metano carbureted hydrogen quanto por análise de óxido nitroso protoxide of azote e dióxido de nitrogênio deutoxide of azote, ambas as visões baseando-se na autoridade de Thomas Thomson.
De 1814 a 1819, o químico irlandês William Higgins alegou que Dalton havia plagiado suas ideias, mas a teoria de Higgins não abordava a massa atômica relativa. No entanto, evidências recentes sugerem que o desenvolvimento do pensamento de Dalton pode ter sido influenciado pelas ideias de outro químico irlandês Bryan Higgins, tio de William. Bryan acreditava que um átomo era uma partícula central pesada cercada por uma atmosfera de calórico, a suposta substância do calor na época. O tamanho do átomo era determinado pelo diâmetro da atmosfera calórica. Com base nas evidências, Dalton estava ciente da teoria de Bryan e adotou ideias e linguagem muito similares, mas nunca reconheceu a antecipação de Bryan de seu modelo calórico. No entanto, a novidade essencial da teoria atômica de Dalton é que ele forneceu um método para calcular pesos atômicos relativos para os elementos químicos, algo que nem Bryan nem William Higgins fizeram; sua prioridade por esse passo crucial é incontestável.
Um estudo dos cadernos de laboratório de Dalton, descobertos nas salas da Manchester Literary and Philosophical Society, concluiu que longe de Dalton ser levado por sua busca de uma explicação da lei das proporções múltiplas à ideia de que a combinação química consiste na interação de átomos de peso definido e característico, a ideia de átomos surgiu em sua mente como um conceito puramente físico, forçado sobre ele pelo estudo das propriedades físicas da atmosfera e outros gases. As primeiras indicações publicadas dessa ideia são encontradas no final de seu artigo "On the Absorption of Gases by Water and other Liquids" já mencionado. Lá ele diz:
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.
Ele então propõe pesos relativos para os átomos de alguns elementos, sem entrar em mais detalhes.
Os pontos principais da teoria atômica de Dalton, conforme se desenvolveu, são:
- Os elementos são feitos de partículas extremamente pequenas chamadas átomos.
- Átomos de um determinado elemento são idênticos em tamanho, massa e outras propriedades; átomos de elementos diferentes diferem em tamanho, massa e outras propriedades.
- Os átomos não podem ser subdivididos, criados ou destruídos.
- Átomos de diferentes elementos se combinam em proporções simples de números inteiros para formar compostos químicos.
- Em reações químicas, os átomos são combinados, separados ou reorganizados.
Em sua primeira discussão publicada estendida da teoria atômica 1808, Dalton propôs um "rule of greatest simplicity" adicional e controverso. Esta regra não podia ser confirmada independentemente, mas alguma suposição assim era necessária para propor fórmulas para algumas moléculas simples, sobre as quais o cálculo dos pesos atômicos dependia. Esta regra ditava que se os átomos de dois elementos diferentes fossem conhecidos como formando apenas um composto único, como hidrogênio e oxigênio formando água ou hidrogênio e nitrogênio formando amônia, as moléculas desse composto devem ser assumidas como consistindo de um átomo de cada elemento. Para elementos que se combinaram em proporções múltiplas, como os dois óxidos de carbono então conhecidos ou os três óxidos de nitrogênio, suas combinações foram assumidas como sendo as mais simples possíveis. Por exemplo, se duas dessas combinações são conhecidas, uma deve consistir em um átomo de cada elemento, e a outra deve consistir em um átomo de um elemento e dois átomos do outro.
Esta foi meramente uma suposição, derivada da fé na simplicidade da natureza. Nenhuma evidência estava disponível para os cientistas então deduzirem quantos átomos de cada elemento se combinam para formar moléculas. Mas esta ou alguma outra regra assim era absolutamente necessária para qualquer teoria incipiente, uma vez que era necessária uma fórmula molecular assumida para calcular pesos atômicos relativos. A "rule of greatest simplicity" de Dalton o levou a assumir que a fórmula para água era OH e amônia era NH, bem diferente de nossa compreensão moderna H2O, NH3. Por outro lado, sua regra de simplicidade o levou a propor as fórmulas modernas corretas para os dois óxidos de carbono CO e CO2. Apesar da incerteza no cerne da teoria atômica de Dalton, os princípios da teoria sobreviveram.
Pesos atômicos
Dalton publicou sua primeira tabela de pesos atômicos relativos contendo seis elementos hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, carbono, enxofre e fósforo, relativos ao peso de um átomo de hidrogênio convencionalmente considerado como 1. Como estes eram apenas pesos relativos, eles não têm uma unidade de peso anexada a eles. Dalton não forneceu nenhuma indicação neste artigo como ele havia chegado a esses números, mas em seu caderno de laboratório, datado de 6 de setembro de 1803, há uma lista na qual ele estabeleceu os pesos relativos dos átomos de um número de elementos, derivados da análise de água, amônia, dióxido de carbono, etc. por químicos da época.
A extensão dessa ideia a substâncias em geral necessariamente o levou à lei das proporções múltiplas, e a comparação com o experimento brilhantemente confirmou sua dedução. No artigo "On the Proportion of the Several Gases in the Atmosphere", lido por ele em novembro de 1802, a lei das proporções múltiplas parece ser antecipada nas palavras:
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
