Что открыл дальтон в химии
Джон Дальтон: открытие атома
Еще древние греки предполагали, что каждая форма материи может быть разбита на более мелкие части. Они назвали ту самую маленькую частицу, которая больше не могла быть разбита на более мелкие части, атомом.
Галилей и Ньютон использовали термин «атом» одинаково. Роберт Бойль и Антуан Лавуазье были первыми, кто использовал слово «элемент» для описания одного из недавно открытых химических веществ. Вся эта работа, однако, была основана на общей философской теории, а не на научных наблюдениях и доказательствах. Доказательства существования атома обнаружил лишь Джон Дальтон.
Джон Дальтон родился в 1766 году недалеко от Манчестера (Англия), и получил строгое воспитание квакеров. С небольшим формальным образованием он провел 20 лет, изучая метеорологию и преподавая в религиозных школах колледжа. Ближе к концу этого периода Дальтон присоединился и представил Философскому обществу различные документы. К ним относятся документы о барометре, термометре, гигрометре, количестве осадков, образовании облаков, испарении, атмосферной влажности и точке росы. В каждом документе были представлены новые теории и передовые результаты исследований.
Дальтон быстро прославился своим новаторским мышлением и полностью переключился на научные исследования. В 1801 году он переключил свое внимание с изучения атмосферных газов на химические соединения. Дальтон не имел опыта или обучения химии. Тем не менее, он уверенно работал в своих исследованиях.
Дальтон изучил все химические реакции, которые он мог найти (или создать), пытаясь разработать общую теорию о том, как ведет себя фундаментальная частица каждого элемента. Он сравнил вес каждого химического вещества и вероятную атомную структуру каждого элемента в каждом соединении. После года обучения ученый решил, что эти соединения были определены простыми числовыми соотношениями по весу. Это решение позволило ему вывести количество частиц каждого элемента в различных известных соединениях (вода, эфир и т.д.).
Дальтон предположил, что каждый элемент состоит из крошечных неразрушимых частиц, которые объединяются с другими элементами в соединения. Он использовал древнегреческое слово «атом» для этих частиц. Но теперь это имело особый химический смысл.
Дальтон показал, что все атомы любого одного элемента были идентичны, так что любой из них мог соединиться с атомами какого-либо другого элемента с образованием известных химических соединений. Каждое соединение должно было иметь фиксированное количество атомов каждого элемента. Эти фиксированные отношения никогда не менялись. Он сделал вывод, что соединения будут состоять из минимально возможного числа атомов каждого элемента. Таким образом, вода не была бы H 4 O 2, потому что H 2 O был проще и имел одинаковое соотношение атомов водорода и кислорода.
Далтон был первым, кто использовал буквенные символы (H, O и т.д.) Для представления различных элементов. Ученые с готовностью приняли теории и открытия Далтона, и его концепции быстро распространились по всей западной науке. Мы все еще используем его концепцию атома сегодня.
Джон Дальтон
John Dalton
Джон Дальтон родился 6 сентября 1766 года в городе Иглсфилд, Англия. Образование молодой человек получил в основном изучая науки самостоятельно, затем работал учителем, преподавая математику в Кендале и Манчестере. В 1800 году стал секретарем, а с 1817 года занял пост председателя Манчестерского литературно-философского общества.
Ученый занимался химией и физикой, а его наблюдения за погодой, которые вел всю жизнь, оказали огромное воздействие на метеорологию. Но знаменит Дальтон более всего за свое открытие дальтонизма. Джон первым обратил внимание на то, что некоторые из его учеников путают красный и зеленый цвета. У других же наблюдалось неразличение синего и желтого. Дальтон и сам страдал от цветовой слепоты. Посчитав это наблюдение важным, выступил с докладом в Манчестерском философском и литературном обществе.
В конце XVIII века, когда ученый сделал данное открытие, не имел ни возможности выяснить причину этого расстройства, ни сферы применения своему открытию. Зато люди, не различавшие цветов, перестали чувствовать себя одинокими.
Однако большую часть своей жизни Дальтон посвятил наблюдениям за погодой. В своей первой книге «Метеорологические наблюдения и этюды» немало места уделялось проблеме образования облаков, распределения осадков, зависимости погоды от давления воздуха. Через метеорологические исследования Джон пришел к изучению газов. Ученый сделал несколько важных открытий: закон равномерного расширения газов при нагревании, закон кратных отношений, явление полимерии.
Через изучение свойств газов Дальтон пришел к атомной, или как ее тогда называли корпускулярной, теории вещества. Его теории, как и он сам, вскоре завоевали огромную популярность. Джон избран членом-корреспондентом многих европейских академий и членом Лондонского королевского общества.
Джон Дальтон продолжал работать до конца своих дней и скончался 27 июля 1844 года в Манчестере в результате последствий инсульта. Похоронен на Ардвикском кладбище.
Королевская медаль (1826)
Профессор Манчестерского колледжа Оксфордского университета;
Иностранный член Французской академии наук;
Президент Манчестерского литературного и философского общества;
Член Лондонского Королевского общества;
Член Королевского общества Эдинбурга;
Лауреат Королевской медали.
Открыл закон парциальных давлений (закон Дальтона);
Открыл закон равномерного расширения газов при нагревании;
Открыл закон растворимости газов в жидкостях (закон Генри–Дальтона);
Установил закон кратных отношений;
Обнаружил явление полимеризации (на примере этилена и бутилена);
Ввел понятие «атомный вес»;
Первым рассчитал атомные веса (массы) ряда элементов и составил первую таблицу их относительных атомных масс, заложив тем самым количественные основы для древней атомной теории строения вещества.
В память о трудах Дальтона химики, биохимики и молекулярные биологи часто используют термин «дальтон» (или сокращенно Da) для обозначения атомной единицы массы (эквивалентной 1/12 массы 12 С), хотя такое название официально не было принято Международным бюро мер и весов. Также в честь ученого названа улица, соединяющая Динсгейт и площадь Альберта в центре Манчестера.
Одно из зданий на территории университета города Манчестера носит имя Джона Дальтона. В нем располагается Технологический факультет и проходит большая часть лекций по естественнонаучным предметам. На выходе из здания установлена статуя Дальтона, перемещенная сюда из Лондона (работа Вильяма Тида, 1855, до 1966 стояла на пл. Пиккадили).
Здание студенческого общежития Университета Манчестера также носит имя Дальтона. Университетом учреждены различные гранты имени Дальтона: два по химии, два по математике, а также Дальтоновская премия по естественной истории. Существует также Медаль Дальтона, периодически выдаваемая Манчестерским литературно-философским обществом (в общей сложности выдано всего 12 медалей).
На Луне есть кратер, названный в его честь.
Большая часть работ Джона Дальтона уничтожена в результате бомбардировки Манчестера 24 декабря 1940 года. Айзек Азимов по этому поводу писал: «На войне умирают не только живые».
Дальтон, Джон
Джон Дальтон (6 сентября 1766 — 27 июля 1844) — английский провинциальный учитель-самоучка, химик, метеоролог и естествоиспытатель. Один из самых знаменитых и уважаемых учёных своего времени, ставший широко известным благодаря своим новаторским работам в разных областях знания. Он впервые (1794) провёл исследования и описал дефект зрения, которым страдал сам, — цветовая слепота, позже названный в его честь дальтонизмом; открыл закон парциальных давлений (закон Дальтона) (1801), закон равномерного расширения газов при нагревании (1802), закон растворимости газов в жидкостях (закон Генри-Дальтона). Установил закон кратных отношений (1803), обнаружил явление полимеризации (на примере этилена и бутилена), ввёл понятие «атомный вес», первым рассчитал атомные веса (массы) ряда элементов и составил первую таблицу их относительных атомных весов, заложив тем самым основу атомной теории строения вещества.
Содержание
Молодые годы
Джон Дальтон родился в семье квакеров города Иглсфилд, графство Камберленд. Будучи сыном портного, только в 15 лет он начал обучаться вместе со своим старшим братом Джонатаном в квакерской школе близлежащего города Кендал. К 1790 году Дальтон более-менее определился с будущей специальностью, выбирая между правом и медициной, однако его планы были встречены без энтузиазма — родители-диссентеры были категорически против обучения в английских университетах. Дальтону пришлось остаться в Кендале до весны 1793 года, после чего он перебрался в Манчестер, где познакомился с Джоном Гоухом, слепым философом-эрудитом, который в неформальной обстановке передал ему большую часть своих научных познаний. Это позволило Дальтону получить место преподавателя математики и естественных наук в «Новом Колледже», диссентской академии Манчестера. Он оставался на этой должности до 1800 года, когда ухудшившееся финансовое положение колледжа вынудило его уйти; он начал заниматься частным преподаванием математики и естественных наук.
В молодые годы Дальтон близко общался с известным иглсфилдским протестантом Элиху Робинсоном, профессиональным метеорологом и инженером. Робинсон привил Дальтону интерес к различным проблемам математики и метеорологии. В течение своей жизни в Кендале Дальтон собрал решения рассматривавшихся им проблем в книге «Дневники леди и джентльменов», а в 1787 году начал вести собственный метеорологический дневник, в котором за 57 лет зафиксировал более 200,000 наблюдений [2] В этот же период Дальтон заново разработал теорию циркуляции атмосферы, ранее предложенную Джорджем Хедли (George Hadley). [3] Первая публикация ученого называлась «Метеорологические наблюдения и опыты», в ней содержались зародыши идей многих его будущих открытий. Однако несмотря на всю оригинальность его подхода, научное сообщество не обратило особого внимания на труды Дальтона. Вторую крупную свою работу Дальтон посвящает языку, в печать она вышла под названием «Особенности английской грамматики» (1801).
Цветовая слепота
 | Та часть картины, которую другие называют красной, мне кажется как будто тенью или просто плохо освещенной. Оранжевый, зеленый и желтый кажутся оттенками одного цвета, от интенсивного до бледно-желтого. |  |
После этой работы Дальтона последовал десяток новых, посвященных самым различным темам: цвету неба, причинам возникновения источников пресной воды, отражению и преломлению света, а также причастиям в английском языке.
Разработка атомистической концепции
В 1800 году Дальтон стал секретарем Манчестерского литературно-философского общества, после чего он представил ряд докладов под общим названием «Опыты», посвященных определению состава газовых смесей, давления пара различных веществ при разных температурах в вакууме и на воздухе, испарению жидкостей, термическому расширению газов. Четыре таких статьи были напечатаны в «Докладах» Общества в 1802 году. Особо примечательно вступление ко второй работе Дальтона:
| Едва ли можно сомневаться в возможности перехода любых газов и их смесей в жидкое состояние, нужно лишь приложить к ним соответствующее давление или понизить температуру, вплоть до разделения на отдельные компоненты. | |
После описания экспериментов по установлению давления водяного пара при различных температурах в интервале от 0 до 100 °C, Дальтон переходит к обсуждению давления пара шести других жидкостей и делает вывод о том, что изменение давления пара эквивалентно для всех веществ при одинаковом изменении температуры.
В четвертом своем труде Дальтон пишет:
| Не вижу каких-либо объективных причин считать неверным тот факт, что два любых газа (упругая среда) при одинаковом начальном давлении расширяются одинаково при изменении температуры. Однако для любого заданного расширения паров ртути (неупругая среда) расширение воздуха будет меньше. Таким образом, общий закон, который описывал бы природу теплоты и ее абсолютное количество, следует выводить на основе изучения поведения упругих сред. | |
Газовые законы
Таким образом, Дальтон подтвердил закон Гей-Люссака, опубликованный в 1802 году. В течение двух-трех лет после прочтения его статей, Дальтон опубликовал ряд работ посвященных схожим темам, например поглощению газов водой и другими жидкостями (1803); в это же время им был постулирован закон парциальных давлений, известный как закон Дальтона.
Наиболее важными из всех работ Дальтона считаются работы, связанные с атомистической концепцией в химии, — с ней его имя связано самым непосредственным образом. Предполагается (Томасом Томсоном), что эта теория была разработана либо в ходе исследований поведения этилена и метана при различных условиях, либо в ходе анализа диоксида и монооксида азота.
| Почему вода не сохраняет свою форму, подобно любому газу? Посвятив решению этой проблемы достаточно времени, я не могу с полной уверенностью дать подходящий ответ, однако я уверен, что все зависит от веса и количества микрочастиц в веществе. | |
Определение атомных весов
Для визуализации своей теории Дальтон использовал собственную систему символов, также представленную в «Новом курсе химической философии». Продолжая исследования, Дальтон через некоторое время опубликовал таблицу относительных атомных весов шести элементов — водорода, кислорода, азота, углерода, серы, фосфора, приняв массу водорода равной 1. Заметим, что Дальтон не дал описания способа, которым он определил относительные веса, но в его записях от 6 сентября 1803 года [6] мы находим таблицу расчета этих параметров на основе данных различных химиков по анализу воды, аммиака, диоксида углерода и других веществ.
В работе «Новый курс химической философии» все вещества были разбиты Дальтоном на двойные, тройные, четверные и т. п. (в зависимости от количества атомов в молекуле). Фактически, он предложил классифицировать структуры соединений по общему количеству атомов — один атом элемента X, соединяясь с одним атомом элемента Y, дает двойное соединение. Если же один атом элемента X соединяется с двумя Y (или наоборот), то такое соединение будет тройным.
Пять основных положений теории Дальтона
Дальтон также предложил «правило наибольшей простоты», которое, правда, не получило независимых подтверждений: когда атомы соединяются только в одном соотношении, это говорит об образовании ими двойного соединения.
Это было только предположение, полученное ученым просто из веры в простоту устройства природы. Исследователи того времени не располагали объективными данными для определения количества атомов каждого элемента в сложном соединении. Однако подобные «предположения» являются жизненно необходимыми для такой теории, ибо расчет относительных атомных весов невозможен без знания химических формул соединений. Впрочем, гипотеза Дальтона привела его к определению формулы воды как OH (так как с позиций его теории вода является продуктом реакции H+O, причем соотношение всегда постоянно); для аммиака он предлагал формулу NH, что, разумеется, не соответствует современным представлениям.
Несмотря на внутренние противоречия, лежащие в самом сердце концепции Дальтона, некоторые ее принципы дожили до наших дней, хотя и с небольшими оговорками. Скажем, атомы действительно не могут быть разделены на части, созданы или уничтожены, однако это справедливо лишь для химических реакций. Дальтон также не знал о существовании изотопов химических элементов, свойства которых порой отличны от «классических». Несмотря на все эти недочеты, теория Дальтона (химическая атомитика) повлияла на будущее развитие химии не меньше кислородной теории Лавуазье.
Зрелые годы
Свою теорию Дальтон показал Т.Томсону, который вкратце обрисовал ее в третьем издании своего «Курса химии» (1807), а затем уже сам ученый продолжил ее изложение в первой части первого тома «Нового курса химической философии» (1808). Вторая часть была издана в 1810 году, а вот первая часть второго тома не выходила в свет до 1827 года — развитие химической теории пошло намного дальше, оставшийся неопубликованным материал был интересен уже очень узкой даже для научной среды аудитории. Вторая часть второго тома так и не вышла в свет.
В 1817 году Дальтон стал президентом «Лит&Фил», каковым и оставался до своей смерти, сделав 116 докладов, из которых наиболее примечательны самые ранние. В одном из них, сделанном в 1814 году, он объясняет принципы объемного анализа, в котором был одним из первопроходцев. В 1840 году его работа, посвященная фосфатам и арсенатам (часто называемая одной из наиболее слабых), была признана Королевским Обществом недостойной публикации, в результате Дальтону пришлось делать это самому. Такая же участь постигла ещё четыре его статьи, две из которых («О количестве кислот, щелочей и солей в различных солях», «О новом и простом методе анализа сахара») содержали открытие, которые сам Дальтон считал вторым по важности после атомистической концепции. Определенные безводные соли при растворении не вызывают увеличения объема раствора, соответственно, как писал ученый, они занимают некие «поры» в структуре воды.
Экспериментальный метод Дальтона
Дальтон часто работал со старыми и неточными приборами, даже когда были доступны более совершенные. Сэр Гэмфри Дэви называл его «грубым экспериментатором», всегда находившим нужные ему факты, причем чаще беря их из головы, чем из реальных условий опыта. С другой стороны, историки непосредственно занимавшиеся Дальтоном, повторили ряд экспериментов ученого и говорили, наоборот, о его мастерстве.
В предисловии ко второй части первого тома «Нового курса», Дальтон пишет, что использование чужих экспериментальных данных так часто вводило его в заблуждение, что в своей книге он решил писать только о тех вещах, которые мог лично проверить. Впрочем, такая «независимость» вылилась в недоверие даже к общепризнанным вещам. Например, Дальтон критиковал и, похоже, так до конца и не принял газовый закон Гей-Люссака. Ученый придерживался нетрадиционных взглядов на природу хлора даже после установления его состава Г. Дэви; номенклатуру Й. Я. Берцелиуса он категорически отвергал, несмотря на то, что многие считали ее гораздо проще и удобней громоздкой системы дальтоновских символов.
Личная жизнь и общественная деятельность
Ещё до создания своей атомистической концепции Дальтон был широко известен в научных кругах. В 1804 году ему предложили читать курс лекций по натуральной философии в Королевском институте (Лондон), где он затем читал другой курс в 1809—1810 гг. Некоторые современники Дальтона ставили под сомнение его способность интересно и красиво излагать материал; Джон Дальтон обладал грубоватым, тихим, невыразительным голосом, помимо этого ученый слишком сложно объяснял даже самые простые вещи.
В 1810, сэр Гэмфри Дэви предложил ему выставить свою кандидатуру на выборы в члены Королевского Общества, однако Дальтон отказался, по-видимому из-за денежных затруднений. В 1822 году он оказался кандидатом, сам не зная об этом, и после выборов заплатил положенный взнос. За шесть лет до этого события он стал членом-корреспондентом Французской Академии наук, а в 1830 году был избран одним из восьми иностранных членов академии (на место Дэви).
В 1833 правительство графа Грея назначило ему жалование в 150 фунтов, в 1836 году оно возросло до 300.
Дальтон никогда не был женат, имел мало друзей. Четверть века он прожил вместе со своим другом Р. В. Джонсом (1771—1845) на улице Георга в Манчестере; обычное течение его дня, состоявшего из лабораторной и преподавательской работы, нарушалось лишь ежегодными экскурсиями в Озёрный край или редкими визитами в Лондон. В 1822 он совершил короткую поездку в Париж, где встречался с различными местными учёными. Также несколько ранее он посетил ряд научных съездов Британской Ассоциации в Йорке, Оксфорде, Дублине и Бристоле.
Известный всему миру Джон Дальтон был великим ученым, который многого достиг в своей работе в области химии, физики и метеорологии. Этого человека нельзя недооценить, ведь его труды стали основополагающими в своей сфере. Например, его теория строения вещества была прорывом в то время. А такой недуг, как цветовая слепота, до сих является его наследием и носит имя «дальтонизм» в честь своего первооткрывателя. Мы знаем ученого мужа Джона именно с этой его стороны, но не все знают, как проходила его жизнь, полная усердия и трудов, где так и не нашлось места семье, любви и детям.
Детские годы
Начнем с самого рождения гения. Джон Дальтон был рожден 6 сентября 1766 года в маленькой английской деревушке Иглзфилд, которая находится в Камберленде. Отец его был простой бедный ткач по имени Джозеф, в то время как его мать, Дебора, вышла из зажиточной квакерской семьи. Когда Джону исполнилось пятнадцать, он уже с успехом управлял делами в школе квакеров вместе со своим братом. В возрасте 21 года он начал вести записи в своем дневнике и с тех пор не переставал вносить туда все свои важные наблюдения. В итоге там окажется более 20 тысяч записей. Проблемой для юноши было то, что квакерские взгляды абсолютно не допускали обучения детей в каком-либо английском учебном заведении. И хотя Джон очень хотел поступить в юридический или медицинский институт, он не мог этого сделать.
Шаги в науке
Только в 1793 году Джон Дальтон, открытия которого сыграли важную роль в науке, переехал в большой город Манчестер. Там он начал работать учителем в колледже, где преподавал математику и философию. Там и началась его научная карьера. Одна за другой начали выходить его работы:
Труды
Джон Дальтон, биография которого так важна для любого интересующегося наукой, сделал очень много открытий, но наиболее известны общественности два из них. Под первым имеется в виду закон Дальтона. Это закон давления, который в наши дни очень сильно помогает людям, работающим на большой глубине в океане.
Второе важное открытие было сделано в отношении восприятия человеком цветов. Будучи в возрасте 26 лет, он обнаружил, что не может различать все цвета. Начав изучать данное явление, он пришел к открытию недуга «цветовой слепоты». Но ее до сих пор именуют именем ученого и называют «дальтонизм».
Цветовая слепота
Все знают, что дальтонизм – это неспособность различать цвета, но мало кто знает научное определение этого заболевания. Дело в том, что данный недуг является следствием нарушения работы сетчатки глаза. За функцию определения каждого цвета отвечает специальная колбочка. Всего их у человека три вида, при этом каждый отвечает за свой цвет – синий, красный и зеленый. Если в одной из колбочек нет какого-то пигмента, то человек не может различить этот цвет. Дальтонизм может быть врожденным, а может начаться после перенесенного заболевания глаза, например катаракты. Часто такая патология наблюдается уже в детском возрасте. Если родители внимательные, они заметят тревожные признаки уже в начальных классах, и даже раньше. Когда ребенок начинает рисовать предметы неправильного цвета, вы должны сразу проверить его зрение и восприятие цветов у специалиста.
Лечение дальтонизма
Еще давно физик Джон Дальтон заявил, что данное заболевание не лечится. Ученые пытаются найти способ решать такие проблемы, но все, что они научились пока делать, это корректировать восприятие цвета с помощью линз. В будущем планируется внедрять недостающие гены в сетчатку, но это пока на стадии эксперимента. Стоит заметить, что людям с подобным диагнозом нельзя работать водителями общественного транспорта, их не берут в армию на ответственные участки, им нельзя управлять самолетом. Этих людей заставляют тщательно проходить обследования и разрешают выполнять трудовые обязанности, только если нет противопоказаний по итогам осмотра.
Достижения
О достижениях ученого можно рассуждать очень много, ведь вклад этого человека трудно переоценить. Джон Дальтон, открытия в химии, физике и метеорологии которого стали основой для многих научных разработок, трудился не покладая рук на благо науки. Но при этом он не игнорировал и другие сферы, например философию и языки. В возрасте двадцати восьми лет он был принят в состав литературно-философского общества в Манчестере. Это почетное общество, в состав которого входило много уважаемых людей того времени. А еще через шесть лет Джон занял там пост научного секретаря. Проработав в этой должности семнадцать лет, он в конце концов стал главой общества.
Личная жизнь
Что касается его личной жизни, то Джон Дальтон так и не женился за всю свою жизнь. Не любитель шумных мест и компаний, он предпочитал уединение и общество хороших друзей, которые в основном все были из квакеров. Когда ему был семьдесят один год, он перенес сердечный приступ, после чего у него начались артикуляционные проблемы. Ему было трудно говорить. За следующие шесть лет он перенес еще два удара, второй из которых стал последним.
27 июля 1844 года после очередного приступа Джон скончался один в комнате. Его тело обнаружила служанка. Она принесла старику чай и увидела уже бездыханное тело на полу возле кровати. Дальтон был похоронен с почестями в ратуше города Манчестера. После смерти, желая увековечить имя ученого, многие его соратники по науке и их последователи стали использовать меру «дальтон» как единицу массы атома.
Интересное
Интересным считается факт, что Джон Дальтон начал работать над исследованиями цветового восприятия именно потому, что обнаружил этот недуг у себя, причем это произошло, только когда ему было двадцать шесть лет. Более того, его братья также имели разные формы дальтонизма. Так Джон выяснил, что болезнь может быть наследственной.
У него самого был вариант протанопа. Этим словом называют человека, который не различает красного цвета. Если же человек вовсе не может различить ни один цвет, то его именуют ахроматоп. Забавно, что человечество обязано этим открытием ботанике. Ведь увлекшись именно этой наукой, Джон понял, что с его зрением что-то не так. Рассматривая разновидности цветов, он заметил, что при наличии розовых, красных и бордовых бутонов он не может найти между ними разницы. Они казались ему синими. Поначалу окружающие думали, что Джон шутит, спрашивая, какого цвета тот или иной предмет. Но потом все стало понятным, особенно когда Дальтон развил свою теорию восприятия.
Кстати, Дальтон является единственным научным деятелем, которому поставили памятник еще при жизни. А сделано это было именно в ратуше Манчестера, где впоследствии и был похоронен ученый.