John Dalton是一位英国化学家、物理学家和气象学家。他因将原子论引入化学以及对色盲的研究而闻名,色盲有时被称为Daltonism以纪念他。
早期生活
John Dalton出生于英格兰Cumberland郡Cockermouth附近Eaglesfield的一个贵格会家庭。他的父亲是织布工。他早期教育由父亲和贵格会教徒John Fletcher提供,后者在附近Pardshaw Hall村办私立学校。Dalton家太穷了,无法长期供养他,从十岁开始,他开始在当地富有的贵格会教徒Elihu Robinson的服侍下谋生。
早期职业
15岁时,Dalton与长兄Jonathan一起在Westmorland的Kendal经营一所贵格会学校,距离他的家约45英里72 km。大约23岁时,Dalton可能考虑过学习法律或医学,但他的亲戚不鼓励他,可能因为作为一名持不同政见者,他被禁止进入英国大学。

他从盲人哲学家John Gough那里获得了许多科学知识,Gough在科学和艺术方面很有天赋。27岁时,他被任命为Manchester"新学院"的数学和自然哲学教师,这是一所持不同政见的学院,经过多次地点变更后,成为Oxford的Harris Manchester College的直接前身。他在那里一直呆到34岁,当时学院日益恶化的财务状况促使他辞职,开始了作为数学和自然哲学私人家教的新职业。
科学工作
气象学
Dalton的早年生活受到杰出贵格会教徒Elihu Robinson的影响,Robinson是一位有能力的气象学家和仪器制造者,来自Cumbria的Eaglesfield,他激发了Dalton对数学和气象学问题的兴趣。在Kendal的那些年里,Dalton为《淑女日记》和《绅士日记》中的各种问题贡献了解决方案并回答了问题。1787年,21岁的他开始了气象日记,在随后的57年里,他记录了超过200,000次观测。大约在这个时候,他重新发现了George Hadley的大气环流理论,现在被称为Hadley cell。1793年Dalton的第一部出版物《气象观测和论文集》包含了他后来几项发现的萌芽,但尽管其处理方法很新颖,学者们对其关注甚少。Dalton的第二部著作《英语语法的要素或语法教学新系统:供学校和学院使用》发表于1801年。
测量山峰
离开Lake District后,Dalton每年都要回来度假研究气象学,这涉及大量的登山活动。在飞机和气象气球出现之前,获得高海拔温度和湿度测量的唯一方法是登山。Dalton用气压计估计高度。英国陆地测量局直到1860年代才发布Lake District的地图。在那之前,Dalton是该地区山高权威性信息的少数几个来源之一。他经常由Jonathan Otley陪伴,后者也研究当地山峰的高度,使用Dalton的数据作为对比来检查他的工作。Otley在1818年的地图中发布了他的信息。Otley成为了Dalton的助手和朋友。
色盲
1794年,Dalton抵达Manchester不久后,他被选为Manchester文学和哲学学会("Lit & Phil")的成员,几周后他提交了他的第一篇论文《关于色觉的非凡事实》,他在其中推测色感不足是由眼球液体介质变色引起的。由于他和他的哥哥都是色盲,他认识到这种情况必定是遗传性的。

尽管Dalton的理论在他的有生之年失去了可信度,但他对视觉问题的研究因其彻底和方法论性质而被广泛认可,Daltonism成为了色盲的常见术语。1995年对他保存的眼球的检查表明,Dalton患有一种较少见的色盲——二色视,其中中等波长敏感的圆锥细胞缺失,而不是像最常见的色盲类型——色弱中那样以突变形式的色素发挥作用。除了光学频谱中的蓝色和紫色外,他只能识别一种颜色——黄色,或者如他在一篇论文中所说的,
那部分其他人称为红色的图像,对我来说看起来不过是一种阴影或光的缺陷;在那之后,橙色、黄色和绿色似乎是一种颜色,它从强烈的黄色均匀下降到稀薄的黄色,形成我应该称之为不同色调的黄色。
气体定律
1800年,Dalton成为Manchester文学和哲学学会的秘书,在接下来的一年,他做了一系列重要讲座,题为《实验论文集》,内容涉及混合气体的组成;不同温度下蒸汽和其他气体在真空和空气中的压力;蒸发;以及气体的热膨胀。这四篇论文在1801年10月2日至30日间提交,发表在1802年的《Manchester文学和哲学学会备忘录》中。
第二篇论文以如下言论开篇,
人们几乎不能对所有种类的弹性流体可还原为液体这一点有所疑问;我们不应该对在低温和对未混合气体施加强压力下实现这一点失去信心。
在描述了确定0至100 °C 32至212 °F之间各点蒸汽压力的实验后,Dalton从对六种不同液体蒸汽压的观察得出结论,所有液体的蒸汽压变化对于相同的温度变化是等效的,从任何给定压力的蒸汽开始计算。
在第四篇论文中,他评论道:
我看不出有充分的理由不能得出结论,即所有弹性流体在相同压力下被热等量膨胀——对于汞的任何给定膨胀,对应的空气膨胀按比例少一些,温度越高越是如此。......因此,似乎有关热的绝对数量和性质的一般定律更可能从弹性流体而不是其他物质推导出来。
他阐述了Gay-Lussac定律,由Joseph Louis Gay-Lussac在1802年发表,Gay-Lussac将发现归功于Jacques Charles在1780年代的未发表工作。在讲座之后的两到三年内,Dalton发表了几篇关于类似主题的论文。"论气体被水和其他液体的吸收"在1803年10月21日作为讲座阅读,首次发表于1805年,包含他的分压定律,现在称为Dalton定律。
原子论
Dalton所有研究中最重要的是与化学中的原子论有关的研究。虽然他的名字与这一理论紧密相连,但Dalton原子论的起源并不完全清楚。该理论可能是由他对乙烯烯烃气体和甲烷煤气的研究或对一氧化二氮氮的氧化物和二氧化氮氮的二氧化物的分析建议给他的,这两种观点都是基于Thomas Thomson的权威。

从1814年到1819年,爱尔兰化学家William Higgins声称Dalton剽窃了他的想法,但Higgins的理论没有涉及相对原子质量。然而,最近的证据表明Dalton的思想发展可能受到了另一位爱尔兰化学家Bryan Higgins(William的叔叔)思想的影响。Bryan认为原子是一个重的中心粒子,周围被热物质(当时假设的热的物质)的大气包围。原子的大小由热物质大气的直径决定。根据证据,Dalton意识到了Bryan的理论并采纳了非常相似的想法和语言,但他从未承认Bryan对其热物质模型的预示。然而,Dalton原子论的本质新颖之处在于他提供了一种计算化学元素相对原子权重的方法,这是Bryan和William Higgins都没有做到的;他在这一关键步骤中的优先权是无可争议的。
对Dalton实验室笔记的研究,这些笔记是在Manchester文学和哲学学会的房间里发现的,得出结论,Dalton不是受到寻找多比例定律解释的启发而产生化学组合由具有确定和特征权重的原子相互作用这一观念,而是原子的观念作为纯粹的物理概念出现在他的脑海中,是通过对大气和其他气体物理属性的研究强加给他的。这一想法的首次发表迹象见于他已经提到的论文"论气体被水和其他液体的吸收"的末尾。他在那里说:
水为什么不均匀地吸收各种气体的体积?我充分考虑过这个问题,虽然我无法完全确信自己,但我几乎被说服了这种情况取决于各种气体的最终粒子的重量和数量。
他随后为少数几个元素的原子提出了相对权重,但没有进一步的细节。
Dalton原子论的主要观点,当它最终发展时,是:
- 元素由极小的粒子原子构成。
- 给定元素的原子在大小、质量和其他性质上相同;不同元素的原子在大小、质量和其他性质上有所不同。
- 原子不能被细分、创造或销毁。
- 不同元素的原子以简单的整数比组合形成化学化合物。
- 在化学反应中,原子被组合、分离或重新排列。
在他关于原子论的第一次扩展发表讨论1808年中,Dalton提出了一个额外的和有争议的"最大简单性规则"。这条规则无法被独立证实,但为了提出几个简单分子的公式(原子权重的计算依赖于这些公式),某种假设是必要的。这条规则规定,如果已知两个不同元素的原子仅形成一个化合物,如氢和氧形成水或氢和氮形成氨,该化合物的分子应被假定由每个元素的一个原子组成。对于以多个比例结合的元素,例如当时已知的两个氧化碳或三个氮的氧化物,它们的组合被假定为最简单的可能组合。例如,如果已知两种这样的组合,一种必须由每个元素的一个原子组成,另一种必须由一个元素的一个原子和另一个元素的两个原子组成。
这仅仅是一个假设,源于对自然简单性的信仰。当时科学家没有证据推断每种元素的多少原子组合形成分子。但这种或某种其他这样的规则对于任何初期理论是绝对必要的,因为人们需要一个假设的分子式来计算相对原子权重。Dalton的"最大简单性规则"导致他假设水的公式是OH,氨是NH,这与我们现代理解H2O、NH3相当不同。另一方面,他的简单性规则导致他为两个氧化碳CO和CO2提出了正确的现代公式。尽管Dalton原子论的核心存在不确定性,但该理论的原则幸存了下来。
原子权重
Dalton发表了他的第一个相对原子权重表,包含六种元素——氢、氧、氮、碳、硫和磷,相对于氢原子的权重,习惯上取为1。由于这些仅是相对权重,它们没有附加任何权重单位。Dalton在这篇论文中没有说明他是如何得出这些数字的,但在他的实验室笔记中,日期为1803年9月6日,有一个列表,其中他列出了许多元素原子的相对权重,这些权重来自当时化学家对水、氨、二氧化碳等的分析。
将这一想法扩展到一般物质必然导致他得出多比例定律,与实验的比较辉煌地确认了他的推论。在他于1802年11月阅读的论文"论大气中几种气体的比例"中,多比例定律似乎是在以下措辞中预期的:
氧的元素可能与一定量的硝基气体或该量的两倍结合,但不与任何中间数量结合。
但还有

