Атомистическая теория дальтона. Открытие химической атомистики джоном дальтоном Оценка по биографии

Джон Дальтон (1766 -1844 1803 1794

1766

Здесь осенью 1781

1787

1793

Джон Дальтон (1766 -1844 ) - английский химик и физик, создатель химического атомизма. Установил (1803 ) закон кратных отношений, ввел понятие «атомный вес», первым определил атомные веса (массы) ряда элементов. Открыл газовые законы, названные его именем. Первым (1794 ) описал дефект зрения, которым страдал сам, позже названный дальтонизмом.

Джон Дальтон родился 6 сентября 1766 года в бедной семье в северной английской деревушке Иглсфилд. С ранних лет ему приходилось помогать родителям содержать семью. В тринадцать лет он завершил обучение в местной школе и сам стал помощником учителя. Но жалованье было мизерным, и Джон отправился в поисках лучшей доли в Кендал.

Здесь осенью 1781 года Дальтон становится учителем математики. Комната, которую отвели ему в мужском пансионе при школе, была скромно обставлена, но и жизнь, полная лишений, не приучила его к расточительности. Более того, в новой комнате молодой учитель чувствовал себя, как во дворце. Ведь полки его ломились от книг. Теперь у Джона Дальтона были все возможности для расширения знаний, и он читал, читал, читал.

Одновременно с чтением Джон не забрасывал и своего любимого занятия - постоянных наблюдений за погодой. Первым делом он повесил на стену барометр. Метеорологическими наблюдениями (обработка результатов которых и дала возможность открыть газовые законы) Дальтон занимался всю жизнь. С величайшей тщательностью он делал ежедневные записи и зарегистрировал более двухсот тысяч наблюдений. Последнюю запись он сделал за несколько часов до смерти.

Научные исследования Джон Дальтон начал в 1787 года с наблюдений и экспериментального изучения воздуха. Он усиленно занимался и математикой, пользуясь богатой школьной библиотекой. Постепенно он стал самостоятельно разрабатывать новые математические задачи и решения, а вслед за тем написал и первые свои научные труды в этой области. Джон, вечно ищущий знаний, очень скоро завоевал уважение не только своих коллег, но и граждан города Кендала. Уже через четыре года он стал директором школы.

В это время он сблизился с доктором Чарлзом Хатоном, редактором нескольких журналов Королевской военной академии. Рассчитанные на широкую публику, они нередко помещали на своих страницах статьи научного характера. Это объяснялось стремлением доктора популяризировать науку. Дальтон стал одним из постоянных авторов этих альманахов: в них были опубликованы многие его научные труды. За вклад в развитие математики и философии он получил несколько высоких наград. Имя Джона Дальтона было уже известно не только в Кендале. Он читает лекции и в Манчестере. А в 1793 году он переезжает туда и преподает в Новом колледже. Дальтону нравилась новая работа. Кроме занятий в колледже, он давал и частные уроки, в основном по математике.

Д. Дальтон привез с собой рукопись «Метеорологических наблюдений и этюдов», приведшую в восторг издателя Пенсвиля. Кроме описания барометра, термометра, гигрометра и других приборов и аппаратов и изложения результатов долголетних наблюдений, Дальтон мастерски анализировал в ней процессы образования облаков, испарения, распределения атмосферных осадков, утренние северные ветры и прочее. Рукопись тут же напечатали, и монография была встречена с большим интересом.

Через год после приезда в Манчестер Джон Дальтон стал членом Литературного и философского общества. Он регулярно посещал все заседания, на которых члены Общества докладывали результаты своих исследований. В 1800 году его избрали секретарем, в мае 1808 года - вице-президентом, а с 1817 года и до конца жизни был президентом.

Осенью 1794 года он выступил с докладом о цветной слепоте. Дальтон установил, что среди его учеников некоторые вообще не могут различать цвета, а некоторые часто их путают. Они видели зеленый цвет красным, или наоборот, но были и такие, которые путали синий и желтый цвета. Этот особый дефект зрения мы называем сегодня дальтонизмом. Всего Дальтон сделал в Обществе 119 докладов.

В 1799 году Джон Дальтон покинул Новый колледж и стал не только самым дорогим, но и самым почитаемым частным учителем в Манчестере. Время теперь принадлежало ему. Он преподавал в богатых семьях не более двух часов в день, а потом занимался наукой. Его внимание все больше привлекали газы и газовые смеси. Воздух ведь тоже является газовой смесью.

Результаты экспериментов получились интересными. Давление данного газа, заключенного в сосуд с постоянным объемом, оставалось неизменным. Потом Джон Дальтон вводил второй газ. У полученной смеси было более высокое давление, но оно равнялось сумме давлений двух газов. Давление отдельного газа оставалось неизменным.

«Из моих опытов следует, что давление газовой смеси равно сумме давлений, которыми обладают газы, если они отдельно введены в этот сосуд при тех же условиях. Если давление отдельного газа в смеси назвать парциальным, тогда эту закономерность можно сформулировать так: давение газовой смеси равно сумме парциальных давлений газов, из которых она составлена, - писал Дальтон.

Отсюда можно сделать важные выводы. Ясно, что состояния газа в сосуде не зависит от присутствия других газов. Это, конечно, легко объяснить их корпускулярным строением. Следовательно, корпускулы или атомы одного газа равномерно распределяются между атомами другого газа, но ведут себя так, как если бы другого газа в сосуде не было».

Продолжая исследования газов, Джон Дальтон сделал еще несколько фундаментальных открытий - закон равномерного расширения газов при нагревании (1802 ), закон кратных отношений (1803 ), явление полимерии (на примере этилена и бутилена).

Но ученому не давали покоя атомы. Что, в сущности, о них известно? Если атомы существуют, то тогда следовало бы объяснить все свойства веществ, все законы на основе атомной теории. Вот чего не хватает химии - подлинной теории строения вещества!

Увлеченный новой идеей, Джон Дальтон занялся упорными исследованиями. Необходимо, прежде всего, получить ясное представление об атомах. Каковы их характерные особенности? Отличаются ли атомы одного элемента от атомов другого? Нет ли какого-либо способа, несмотря на то что они ничтожно малы и невидимы невооруженным глазом, установить их вес, форму, размеры...

Несколько лет напряженного труда - и результаты не замедлили себя ждать. 6 сентября 1803 года Д.Дальтон в своем лабораторном журнале записал первую таблицу атомных весов. Впервые он упомянул об атомной теории в докладе «Об абсорбции газов водой и другими жидкостями», прочитанном 21 октября 1803 года в Манчестерском литературном и философском обществе:

«Все существующие ранее теории корпускул сходятся на том, что это маленькие одинаковые шарики. Я же считаю, что атомы (мельчайшие неделимые частички) одного элемента одинаковы между собой, но отличаются от атомов других элементов. Если в настоящий момент об их размерах нельзя сказать ничего определенного, то об основном их физическом свойстве говорить можно: атомы имеют вес. В подтверждение этого разрешите зачитать и вторую мою работу: «Первая таблица относительных весов конечных частиц тел».

Атом нельзя выделить и взвесить. Если принять, что атомы соединяются между собой в самых простых соотношениях, и анализировать сложные вещества, а после этого сравнить весовые проценты элементов с весовым процентом самого легкого из них, можно получить интересные величины. Эти данные показывают, во сколько раз атом одного элемента тяжелее атома самого легкого элемента. Обратите внимание на первую таблицу этих весов. Она перед вами. Самым легким элементом оказался водород. Это означает, что его атомный вес следовало бы условно принять за единицу...»

В декабре 1803 - мае 1804 годов Джон Дальтон прочитал курс лекций об относительных атомных весах в Королевском институте в Лондоне. Атомную теорию Дальтон развил во второй своей книге - «Новая система химической философии», изданной в 1808 году. В ней он подчеркивает два положения: все химические реакции - результат соединения или деления атомов, все атомы разных элементов имеют разный вес

В конце 1809 года Д. Дальтон поехал в Лондон, где встретился и беседовал с крупнейшими учеными Англии, побывал в лабораториях, познакомился с их работой. Особенно часто он беседовал с Гемфри Дэви. Молодого исследователя переполняли идеи. Дальтон ознакомился с открытыми Дэви новыми элементами - калием и натрием.

Несмотря на исключительную скромность характера, известность ученого день ото дня росла. О нем говорили уже за пределами Англии. Атомная теория Дальтона заинтересовала ученых Европы. В 1816 году Дальтона избрали членом-корреспондентом Парижской академии наук. В следующем году - президентом Общества в Манчестере, а в 1818 году английское правительство назначило его научным экспертом в экспедиции сэра Джона Росса, который лично вручил назначение ученому

Но Дальтон остался в Англии. Он предпочитал спокойную работу в кабинете, не желая разбрасываться и терять драгоценное время. Исследования по определению атомных весов продолжались. Все точнее становились полученные результаты. Приходили новые идеи, возникали интересные предположения, приходилось пересчитывать и исправлять результаты анализов многих ученых. Не только английские ученые, но и ученые Франции, Германии, Италии, Швеции, России внимательно следили за достижениями Джона Дальтона.

В 1822 году Дальтон стал членом Королевского общества. Вскоре после этого он уехал во Францию. Научные круги Парижа оказали Джону Дальтону радушный прием. Он присутствовал на нескольких заседаниях, прочитал ряд докладов, беседовал с многими учеными.

Большой научный труд Дальтона получил всеобщее признание. В 1826 году английское правительство наградило ученого золотым орденом за открытия в области химии и физики, и главным образом за создание атомной теории. Орден был вручен на торжественном заседании Лондонского королевского общества. С большой речью выступил сэр Гемфри Дэви. В следующие годы Дальтон был избран почетным членом Академии наук в Берлине, научного общества в Москве, Академии в Мюнхене.

Во Франции, чтобы засвидетельствовать признание достижений выдающихся ученых мира, Парижская академия наук избрала свой почетный совет. Он состоял из одиннадцати самых известных в Европе ученых. Английскую науку в нем представлял Гемфри Дэви. После его смерти это место занял Джон Дальтон. В 1831 году Дальтон получил приглашение из Йорка почтить своим присутствием учредительное собрание Британской ассоциации развития науки. В 1832 году Дальтон был удостоен самого высокого отличия Оксфордского университета. Ему присудили степень доктора юридических наук. Из естествоиспытателей того времени такой чести был удостоен только Майкл Фарадей.

И английское правительство вынуждено было заинтересоваться судьбой Дальтона. В 1833 году ему назначили пенсию. Решение правительства было зачитано на торжественном заседании в Кембриджском университете.

Джон Дальтон, несмотря на свой преклонный возраст, продолжал усиленно работать и выступать с докладами. Однако с приходом старости все чаще одолевали болезни, все труднее становилось работать. 27 июля 1844 года Дальтон скончался.

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.

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 В этот же период Дальтон заново разработал теорию циркуляции атмосферы, ранее предложенную Джорджем Хедли (George Hadley). 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

Половину своей жизни Дальтон даже не подозревал, что с его зрением что-то не так. Он занимался оптикой и химией, но обнаружил свой дефект благодаря увлечению ботаникой. То, что он не мог отличить голубой цветок от розового, он объяснял путаницей в классификации цветов, а не недостатками его собственного зрения. Он заметил, что цветок, который днём, при свете солнца, был небесно-голубым (точнее, того цвета, что он считал небесно-голубым), при свете свечи выглядел тёмно-красным. Он обратился к окружающим, но никто такого странного преобразования не видел, за исключением его родного брата. Таким образом Дальтон догадался, что с его зрением что-то не так и что проблема эта наследуема . В 1794 году, сразу после прибытия в Манчестер, Дальтон был избран членом Манчестерского литературно-философского общества («Лит&Фил») и несколько недель спустя выпустил в свет статью под названием «Необычные случаи цветовосприятия», где объяснял узость цветоощущения некоторых людей обесцвечиванием жидкого вещества глаза. Описав эту болезнь на собственном примере, Дальтон обратил на нее внимание людей, до того момента не осознававших у себя ее наличия. Несмотря на то, что объяснение Дальтона подвергли сомнению ещё при его жизни, тщательность исследований им собственной болезни была настолько беспрецедентной, что термин «дальтонизм » прочно закрепился за этим недугом. В 1995 году были проведены исследования сохранившегося глаза Джона Дальтона, в ходе которых выяснилось, что он страдал редкой формой дальтонизма - дейтеранопией . В этом случае глаз не улавливает свет средних длин волн (в более распространенном варианте болезни - дейтераномалии, глаз просто искажает изображение из-за неправильного цвета пигмента соответствующего участка сетчатки). Кроме фиолетового и голубого цветов он мог нормально распознавать только один - желтый, и так писал об этом:

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:

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:

Газовые законы

Жозеф Луи Гей-Люссак

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.

Изучение лабораторных записей Дальтона, обнаруженных в архивах «Лит&Фил» , говорит о том, что по ходу поиска объяснения закона кратных отношений ученый все ближе подходил к рассмотрению химического взаимодействия как элементарного акта сочетания атомов определенных масс. Мысль об атомах постепенно росла и крепла в его голове, подкрепляясь экспериментальными фактами, полученными при исследовании атмосферы. Первые увидевшие свет начала этой идеи можно найти в самом конце его статьи, посвященной абсорбции газов (написана 21 октября 1803, опубликована в 1805). Дальтон пишет:

Определение атомных весов

Перечень химических знаков отдельных элементов и их атомных весов, составленный Джоном Дальтоном в 1808 году. Некоторые из символов, использовавшихся в ту пору для обозначения химических элементов, восходят к эпохе алхимии. Данный перечень нельзя рассматривать как «Периодическую таблицу», поскольку он не содержит повторяющихся (периодических) групп элементов. Некотоые из веществ не являются химическими элементами, например, известь (поз.8 слева). Дальтон рассчитал атомный вес каждого вещества по отношению к водороду, как самому лёгкому, закончив свой список ртутью, которой ошибочно был присвоен атомный вес больше, чем у свинца (поз.6 справа)

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 мы находим таблицу расчета этих параметров на основе данных различных химиков по анализу воды, аммиака, диоксида углерода и других веществ.

Столкнувшись с проблемой расчета относительного диаметра атомов (из которых, как считал ученый, состоят все газы), Дальтон использовал результаты химических экспериментов. Предполагая, что любое химическое превращение всегда происходит по наиболее простому пути, Дальтон приходит к выводу - химическая реакция возможна лишь между частицами различных весов. С этого момента концепция Дальтона перестает быть простым отражением идей Демокрита. Распространение этой теории на вещества привело исследователя к закону кратных отношений, а эксперимент идеально подтвердил его вывод . Стоит отметить, закон кратных отношений был предугадан Дальтоном в докладе, посвященном описанию содержания различных газов в атмосфере, прочтенном в ноябре 1802 года: «Кислород может соединяться с определенным количеством азота, или уже с удвоенным таким же, но не может быть какого-либо промежуточного значения количества вещества». Существует мнение, что это предложение было добавлено некоторое время спустя после прочтения доклада, однако опубликовано лишь в 1805 году.

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

1. Атомы любого элемента отличны от всех других, причем характерной чертой в данном случае является их относительная атомная масса
2. Все атомы данного элемента идентичны
3. Атомы различных элементов могут соединяться, образуя химические соединения, причем каждое соединение всегда имеет одинаковое соотношение атомов в своем составе
4. Атомы нельзя создать заново, разделить на более мелкие частицы, уничтожить путем каких-либо химических превращений. Любая химическая реакция просто изменяет порядок группировки атомов. см. Атомизм
5. Химические элементы состоят из маленьких частиц, называемых атомами

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

Джеймc Прескотт Джоуль

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.

В память о трудах Дальтона некоторые химики и биохимики неофициально используют термин «дальтон» (или сокращенно Da) для обозначения единицы атомной массы элемента (эквивалентной 1/12 массы 12С). 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 располагется 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 сояла 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, названый в его честь.

Большая часть работ Джона Дальтона была уничтожена в результате бомбардировки Манчестера 24 декабря 1940 года. Айзек Азимов по этому поводу писал: «На войне умирают не только живые».

См. также

• Атомная единица массы (дальтон)
• Дальтоновский минимум - период низкой солнечной активности

Примечания

Литература

• Greenaway Frank John Dalton and the Atom. - Ithaca, New York: Cornell University Press, 1966.
• Henry William C. Memoirs of the Life and Scientific Researches of John Dalton . - London: Cavendish Society, 1854.
• (1995) «The Chemistry of John Dalton"s Color Blindness ». Science 267 (5200): 984-988. DOI :10.1126/science.7863342 . PMID 7863342 . Проверено 2007-12-24.
• Lonsdale Henry The Worthies of Cumberland: John Dalton . - George Routledge and Sons: George, 1874.
• Millington John Price John Dalton . - London: J. M. Dent & Company, 1906.
• Patterson Elizabeth C. John Dalton and the Atomic Theory. - Garden City, New York: Anchor, 1970.
• Rocke, A. J. (2005). «In Search of El Dorado: John Dalton and the Origins of the Atomic Theory ». Social Research 72 : 125-158. Проверено 2007-12-24.
• Roscoe Henry E. John Dalton and the Rise of Modern Chemistry . - London: Macmillan, 1895.
• Roscoe Henry E. A New View of the Origin of Dalton"s Atomic Theory . - London: Macmillan, 1896.
• Smith R. Angus Memoir of John Dalton and History of the Atomic Theory . - London: H. Bailliere, 1856.
• Smyth A. L. John Dalton, 1766-1844: A Bibliography of Works by and About Him, With an Annotated List of His Surviving Apparatus and Personal Effects. - 1998.
• Thackray Arnold John Dalton: Critical Assessments of His Life and Science. - Harvard University Press, 1972. -

«Открытие химической атомистики было сделано Джоном Дальтоном, английским физиком и химиком, в Манчестере в течение двух недель, а именно - с 3 по 19 сентября 1803 г.

В течение многих лет Дальтон занимался изучением воздушной атмосферы и вёл регулярные метеорологические наблюдения, записывая их результаты в свой научный дневник. Главный вопрос, который его давно интересовал и разобраться в котором он долгое время стремился, был следующий: каким образом и почему газы диффундируют друг в друга, образуя при этом совершенно однородную смесь? Сам Дальтон об этом говорил в 1810 г.: «Занимаясь долгое время метеорологическими наблюдениями и размышляя о природе и строении атмосферы, я нередко удивлялся тому, как может сложная атмосфера или смесь двух или более упругих флюидов (газов - Прим. Б.М. Кедрова) представлять массу явно однородную, которая во всех механических отношениях сходна с простой атмосферой». Ответ на этот вопрос дали по-своему французские химики во главе с Бертолле. Между газами, говорили они, существует химическое сродство, и потому все газы способны в любых отношениях растворять друг друга. Например, когда происходит испарение воды в атмосферу, то воздух просто растворяет водяной пар. Но в данном случае для этого растворения имеется предел: для каждой температуры воздух может впитать в себя только определенное количество водяного пара, и тогда наступает насыщение (насыщенный пар).

Дальтон показал несостоятельность этого взгляда: прежде всего оказалось, что количество «растворённого» пара не зависит от того, сколько взято воздуха: воздуха может быть в несколько раз больше в данном объёме или меньше, а количество насыщенного пара зависит только от температуры. Этого не могло бы быть, если бы действительно воздух растворял в себе пар. Более того, водяной пар достигает того же состояния насыщения в полной пустоте и даже ещё быстрее, нежели в присутствии воздуха. Что в таком случае служит для него растворителем? Очевидно, что дело вовсе не в сродстве между газами и не в их взаимном растворении. Тогда в чём?

Дальтон обращается к Ньютону и в его «Математических началах натуральной философии» находит следующее рассуждение, которое ему весьма импонирует: Ньютон считает, что газ (упругий флюид) состоит из маленьких частиц (атомов), которые взаимно отталкивают друг друга с силой, возрастающей с уменьшением расстояния между ними. Исходя из этого Ньютон с атомистических позиции объяснил закон Бойля об обратной пропорциональности между объемом и давлением газа. Но Ньютон ничего не знал о сложном составе атмосферы, а потому его объяснение не могло быть применено к случаю, который специально интересовал Дальтона. Тем не менее Дальтон сразу же уловил главную мысль: дело в отталкивании между частицами газа, а не в притягивании одного газа другим. Поэтому сначала в 1801 г. он выдвинул предположение, что существует столько отталкивательных сил, сколько имеется различных видов газов и паров. Такое предположение казалось совершенно неправдоподобным. Французские химики его отвергли с порога. Но среди английских химиков оно также не встретило поддержки. Особенно резко нападал на Дальтона Томас Томсон.

Дальтон прислушался к критике и стал искать способы избавиться от допущения множества различных отталкивательных сил. В 1803 г. ему пришло в голову, что он до сих пор исключал из своего рассмотрения тепло как отталкивательную силу. В то время тепло трактовалось многими как особая невесомая топкая «жидкость» (флюид). Следовательно, встала задача объяснить, каким образом один и тот же теплород может действовать избирательно, т. е. так, что в одном случае будут отталкиваться друг от друга только частицы, скажем, кислорода, а на частицы других газов они не будут оказывать никакого воздействия, а те в свою очередь тоже никак не влиять на частицы кислорода. Если бы удалось найти такое решение, то отпала бы необходимость придумывать столько различных отталкивательных сил, сколько имеется в природе различных упругих флюидов (газов и паров): одно и то же тепло (теплород) вызывал бы все процессы отталкивания в разных газах. Но как модельно представить такое действие теплорода - это оставалось загадкой.

Но вот у Дальтона появилась идея: а что, если принять, что размеры у разных частиц газов различны? В таком случае можно было бы представить, что крупные частицы одного газа будут отталкиваться друг от друга, не затрагивая мелких частиц другого газа и не испытывая с их стороны также никакого воздействия. В итоге механизм смешения (диффузии) газов можно было бы представить как просыпку мелкой дроби в промежутки между крупной дробью. Сейчас же встал вопрос: а что надо понимать под размерами газовых частиц? Ведь тепло Дальтон представлял как особую, отдельную от атомов жидкость. Где она могла быть сосредоточена? Очевидно, вокруг самих атомов, создавая вокруг них тепловую атмосферу подобно тому, как окружающий Землю воздух образует воздушную атмосферу нашей планеты. В таком случае, согласно Дальтону, размеры частиц, это - общий суммарный объём атома и окружающей его теплородной оболочки. Если бы теперь удалось доказать фактическими данными, что размеры частиц, понимаемых как сумма атома и тепловой атмосферы, неодинаковы у разных газов, то задача была бы решена, по мнению Дальтона. Очевидно, как можно предположить, в таком виде вопрос встал перед Дальтоном в самом начале сентября 1803 г.

Позднее он вспоминал: «При дальнейшем рассмотрении этого вопроса мне пришло в голову, что я ни разу не учитывал влияния различия в величине частиц упругих флюидов. Под величиной я подразумеваю твёрдую частицу в центре вместе с окружающей её атмосферой тепла. Если, например, число частиц кислорода в данном объёме воздуха в точности не одинаково с числом частиц азота в том же объёме, то величина частиц кислорода должна отличаться от величины частиц азота. Если величина атомов различна, то при допущении, что отталкивательной силой является тепло, равновесие не может установиться между частицами неодинаковой величины, давящими друг на друга».

С этого момента Дальтон стал искать способ определить размер (величину) частиц упругих флюидов с тем, чтобы проверить и подтвердить правильность выдвинутой им гипотезы о причинах диффузии газов друг в друга с образованием однородной смеси. Несомненно, что до сих пор весь ход его рассуждений был чисто физическим и относился не к области химических взаимодействий, а к области физики газов. Но как только Дальтон стал искать пути определения размеров (величины) газовых частиц в смысле системы из атома и тепловой атмосферы вокруг него, так он сейчас же из области физики перешел в область химии, хотя сам, вероятно, сразу даже не заметил этого. Ещё меньше он мог по-первоначалу понять, что переход его из физики в химию вызывает такой переворот в химии, по сравнению с которым поиски размеров газовых частиц с целью объяснения механизма диффузии представляются ничтожными с научной точки зрения. Тем не менее, Дальтон ещё некоторое время считал, что главное - это вовсе не то, что он вносит своими идеями в химию, а пресловутые тепловые оболочки и их диаметры.

Процесс открытия химической атомистики начался непосредственно с того момента, когда Дальтон приступил к вычислению размеров (диаметров «частиц» газа, включая их теплородные оболочки). Ведь для того, чтобы такое вычисление осуществить, нужно ввести по крайней мере два новых представления: вo-первых, об атомном весе элемента и, во-вторых, о числе атомов в сложной частице химического соединения. Эти два новых представления и составили теоретический фундамент всей химической атомистики в начале XIX в. Но, повторяем, оба эти представления были введены исключительно в целях расчёта размеров газовых частиц (в дальтоновском смысле) для создания модели диффузии газов и модели газовой смеси. Как же это всё происходило? Для того чтобы определить диаметр частицы, Дальтон должен был разделить общий объём, занимаемый данным газом, на общее число частиц газа, присутствующих в этом объёме. Число частиц ему, конечно, не было известно, а потому требовалось найти какой-то окольный путь для его определения. Очевидно, что общее число частиц можно было бы найти, если знать вес отдельного атома (частицы) данного газа. Тогда, разделив общий вес газа, присутствующего в данном объёме, на вес отдельного атома (частицы), можно было бы узнать число частиц в данном объёме газа. Однако нельзя было и мечтать взвесить отдельный атом, особенно в условиях слабо развитой экспериментальной техники того времени. Значит, опять надо было продолжать искать окольные пути для достижения поставленной цели.

Таким окольным путем оказалась идея, родившаяся в тот момент в голове Дальтона, - исходить не из абсолютного веса атома, а из его относительного веса. Но для этого следовало принять за единицу вес атома одного какого-нибудь элемента. Дальтон за таковую принял вес атома водорода, как наименьший. В таком случае из весового отношения составных частей какого-либо химического соединения, например, воды, можно было бы непосредственно выводить величину атомного веса того или иного элемента, в данном случае, т. е. в случае воды, кислорода (при Н=1). […]

Таков был путь открытия химической атомистики. Как видим, он с самого начала был нераздельно связан у Дальтона с представлениями о мифических теплородных оболочках атомов и с наивной моделью диффузии газов, совершающейся, якобы, на манер просыпки дробинок малого диаметра в промежутки между шарами большого диаметра».

Кедров Б.М. , Научное открытие и информация о нём, в Сб.: Научное открытие и его восприятие / Под ред. С.Р. Микулинского, М.Г. Ярошевского, М., «Наука», 1971 г., с. 26-31.

Первым ученым, который добился значительных успехов в новом направлении развития химии, стал английский химик Джон Дальтон (1766-1844) имя которого тесно связано с атомистической теорией. В начале XIX века Дальтон открывает несколько новых экспериментальных закономерностей: закон парциальных давлений (закон Дальтона), закон растворимости газов в жидкостях (закон Генри-Дальтона) и, наконец, закон кратных отношений . Объяснить эти закономерности (прежде всего закон кратных отношений), не прибегая к предположению о дискретности материи, невозможно. Основываясь на законе кратных отношений, открытом в 1803 г., и законе постоянства состава, Дальтон разрабатывает свою атомно-молекулярную теорию, изложенную в вышедшем в 1808 г. труде "Новая система химической философии".

Основные положения теории Дальтона заключаются в следующем:

1. Все вещества состоят из большого числа атомов (простых или сложных).

2. Атомы одного вещества полностью тождественны. Простые атомы абсолютно неизменны и неделимы.

3. Атомы различных элементов способны соединяться между собой в определённых соотношениях.

4. Важнейшим свойством атомов является атомный вес .

Уже в 1803 г. в лабораторном журнале Дальтона появляется первая таблица относительных атомных весов некоторых элементов и соединений; в качестве точки отсчёта Дальтон выбирает атомный вес водорода, принятый равным единице. Для обозначения атомов элементов Дальтон использует символы в виде окружностей с различными фигурами внутри. Впоследствии Дальтон неоднократно корректировал атомные веса элементов, однако для большинства элементов им приводились неверные значения атомных весов.

Дальтон был вынужден сделать допущение о том, что атомы разных элементов при образовании сложных атомов соединяются по "принципу максимальной простоты" . Суть принципа состоит в том, что если имеется лишь одно бинарное соединение двух элементов, то его молекула (сложный атом) образована одним атомом одного элемента и одним атомом другого (сложный атом является двойным в терминологии Дальтона). Тройные и более сложные атомы образуются лишь в том случае, когда имеются несколько соединений, образованных двумя элементами. Отсюда Дальтон предполагал, что молекула воды состоит из одного атома кислорода и одного атома водорода. Результатом является заниженное значение атомного веса кислорода, что ведёт, в свою очередь, к неправильному определению атомных весов металлов на основании состава оксидов. Принцип наибольшей простоты (подкреплённый авторитетом Дальтона как создателя атомно-молекулярной теории) сыграл в дальнейшем определённую негативную роль при решении проблемы атомных весов. Однако в целом атомистическая теория Дальтона составила основу всего дальнейшего развития естествознания.

Министерство образования Украины

Мариупольский городской лицей

Реферат на тему:

Джон Дальтон

(1766 – 1844)

г. Мариуполь

Джон Дальтон родился 6 сентября 1766 г. в семье деревенского ткача-квакера и пошел в школу только в 12 лет. Научное образование он получил самостоятельно, так как двери Оксфорда и Кембриджа тогда были открыты только для членов англиканской церкви, и уже к 15 годам достиг таких успехов, что получил место преподавателя математики в школе города Кендала. В 1793 году он становится преподавателем натуральной философии (так в английских колледжах называлась физика) и математики в колледже города Манчестера, где знаменитый социалист-утопист Роберт Оуэн вводит его в состав Манчестерского литературного и философского общества. Членом этого общества позднее был другой знаменитый манчестерец – Джоуль, а в XX в. на заседании этого общества Эрнст Резерфорд сделал доклад о своих опытах, приведших к открытию ядерной модели атома. Дальтон в 1800 г. становится секретарем общества, а с 1817 г. его председателем.

Наблюдая за атмосферными явлениями, Дальтон заинтересовался составом воздуха. Изучение состава и свойств воздуха привело его к открытию газовых законов:

Названный его именем, закон независимости парциальных давлений компонентов смеси (1801);

За несколько месяцев до Гей-Люссака, он установил закон теплового расширения газов (1802);

Закон растворимости газов в жидкостях (1803).

Эти законы стали важными вехами на пути создания теории состава газов – физической атомистики. Приняв гипотезу о различной величине атомов газов, окруженных тепловой оболочкой, Дальтон объяснил такие физические явления, как расширения газов при нагревании, характер диффузии газов, зависимость их давления от внешних условий. В 1803 году Дальтон, руководствуясь атомистической гипотезой, вывел закон кратных отношений и доказал его на примере углеводородных соединений – метана и этилена.

Различие в величине атомов газов привело Дальтона к необходимости допустить и различную их массу (вес). Так от физической атомистики он перешел в 1803 г. к созданию химической атомистики. Основными положениями химической атомистики Дальтона были следующие:

1. Материя состоит из мельчайших частиц – неделимых атомов, которые не создаются и не разрушаются.

2. Все атомы одного элемента одинаковы по величине и имеют одинаковую массу (вес).

3. Атомы различных элементов обладают различной массой и размерами.

4. Сложные частицы ("сложный атом") состоят из определенного числа входящих в это вещество различных атомов.

5. Масса сложной частицы определяется суммой масс составляющих ее атомов элементов.

Положив в основу своей атомистической теории представление об относительном атомном весе (массе), Дальтон ввел в химию количественную характеристику атомов и тем самым окончательно доказал их материальность. Атомная масса стала в дальнейшем одной из основных характеристик веществ. Дальтон считал, что атомы различных элементов имеют неодинаковые размеры и массу. Ошибочно приняв, что в состав молекулы воды входит один атом кислорода, он неправильно определил атомные веса кислорода и азота. Но Дальтон первым составил таблицу атомных весов

В 1803 г. Дальтон составил первую таблицу относительных атомных и молекулярных масс веществ и ввел химическую символику, правда не совсем удачную и замененную в химии более удобной символикой Берцелиуса (1779 – 1848). За единицу он принял атомную массу водорода. В этой таблице впервые были установлены относительные массы водорода, кислорода, азота, углерода, аммиака, оксидов серы, азота и других веществ.

Заслуга Дальтона в развитии химии огромна: он впервые сделал атомистику основой химических знаний и наметил верный путь количественного определения состава веществ.

Джон Дальтон также внес вклад в развитие медицины, впервые детально описав в 1794 году дефект зрения цветной слепоты (в дальнейшем получивший название дальтонизма), от которого страдал он и его брат.

Список использованной литературы:

1. "Курс истории физики", Москва, "Просвещение" 1982 г.

2. "Энциклопедический словарь юного химика", Москва, "Педагогика" 1990 г.

3. "Политехнический словарь", Москва, "Советская энциклопедия" 1989 г.